Messung der magnetisch gestimmten ferroelektrische Polarisation in Flüssigkristallen

Forschung über die magnetoelectric (ME) Wirkung, die Induktion elektrische Polarisation (Magnetisierung) durch ein Magnetfeld (elektrisch), konzentriert sich auf die neue Arten von Anwendungen wie Sensoren und Speichertechnologien. Mit den letzten Studien über mich Multiferroics^1,2,3,4, die Zielsysteme im Bereich der mir Studie werden auf verschiedene Arten von Solid-State-Materialien, einschließlich der anorganischen, organischen, ausgedehnt und Metall-organischen Rahmenbedingungen durch die Verwendung von Spin-Gitter-Kupplungen geschickt^5,6,7,8,9. Jedoch Raumtemperatur Operation, die für die praktische Nutzung von mir gelöst werden muss Materialien mit ihren ME Kupplungen, ist immer noch eine Herausforderung und eine sehr begrenzte Anzahl von einphasigen Materialien als Raumtemperatur gemeldet wurden Magnetoelectrics¹⁰bisher.

Flüssige Kristalle, die einen Parlamentsbeschluss Auftrag, manchmal durch eine partielle positionelle, besitzen auch in Bezug auf mich geprüft wurden Materialien in den letzten Jahren^{11,12,13,14, 15}. einer der Vorteile der flüssigen Kristalle als mir Materialien ist ihre Betriebstemperatur als Flüssigkristall Phasen in der Regel um Raumtemperatur stabilisiert werden. Ein Beispiel von mir Flüssigkristalle bisher beschrieben ist ein Verbund zwischen magnetischen Nano-Plättchen mit senkrecht magnetische Anisotropie und flüssige Kristalle zeigen die nematische Phase, bekannt als die einfachste Flüssigkristall Phase besitzen nur eindimensional Orientierungskurse Bestellung¹⁵. Es zeigt das Gegenteil Wirkung auf mich, die Induktion der Magnetisierung durch ein elektrisches Feld, durch die Feldstärke Manipulation der gekoppelten Thrombozyten und molekulare Ausrichtung.

Seit kurzem eine weitere einzigartige Strategie für die ME etablieren Effekt in Flüssigkristallen vorgeschlagenen¹⁶war. Der Schwerpunkt dieser Strategie ist die Schaffung eine chiralen Smectic C (SmC *) Phase mit eindimensionalen positionellen Reihenfolge, was zu einer diffusen Schichtaufbau genannt die Smectic Schicht. Kennzeichnend für die SmC * Phase ist, dass eine molekulare Ausrichtung Vektor n mit einem lokalen Elektrisches Dipolmoment pgekoppelt ist. Dieser Zusammenhang wird durch die Kombination von gekippten Orientierung der stabförmigen konstituierenden Moleküle in Bezug auf die Smectic Schicht normal n₀ und die Chiralität-induzierte Spiegel (und Umkehrung) Symmetrie brechen in den Molekülen zur Verfügung gestellt. Aus der Sicht von Symmetrien, die ehemalige verwandelt sich die Symmetrie von D_∞h (die so genannte SmA Phase, Abb. 1A) in C_2h (die so genannte SmC Phase, Abbildung 1 b), und die letzteren bricht die Spiegelsymmetrie von C_2h , damit die Symmetrie in C₂ reduziert wird (der SmC * Phase, siehe jede Schicht in Abbildung 1). In jedem SmC * Layer darf das Vorhandensein von endlichen Polarisierung entlang der C-Achse₂ , das ist normal, n₀ und n. Die starke Kopplung zwischen n und p ist essentiell für Ferroelectricity in Flüssigkristallen. In der SmC * Phase n richtet in der spiralförmige Weise durch Schicht für Schicht (Abbildung 1), und folglich gibt es keine makroskopischen Polarisation. Ferroelectricity in solchen Flüssigkristalle wird erreicht, indem starke Oberflächeneffekte, die homogen orientierten Bundesstaat n bekannt als Oberfläche stabilisiert Ferroelektrischen Flüssigkristall (SSFLC) Staat (Abbildung 1) zu stabilisieren. Es sei darauf hingewiesen, dass ferroelektrische Polarisation Umkehr immer begleitet ein Umschalten der Bi-stabile Ausrichtung Staaten durch die Kopplung zwischen n und p¹⁷. Als die umgekehrte Wirkung dürfte eine Änderung der molekularen Orientierung der SmC * Phase führen zu einer Änderung der elektrischen Polarisation. Durch magnetische Anisotropie durch Drehungen auf magnetischen Elemente und/oder aromatische Ringe in Flüssigkristall Moleküle und die Flexibilität des n in einem Flüssigkristall Zustand aufgrund von schwächeren molekularen Wechselwirkungen als in einem festen Kristall Zustand verursacht ist n auch abstimmbaren durch ein magnetisches Feld. So kann die SmC * Phase in ein magnetisches Feld induziert homogen orientierten Staat ähnlich wie ein SSFLC Zustand umgewandelt werden. Daher wird die direkte Wirkung auf mich, die Induktion elektrische Polarisation durch ein Magnetfeld erreicht, da die Entwicklung der makroskopischen elektrischen Polarisierung durch eine einheitliche Ausrichtung der n gepaart mit p, in allen Schichten induziert wird.

Wir stellen Verfahren zur Vorbereitung Flüssigkristall Zellen für die Untersuchung von mir Kupplungen und Methoden zur Erkennung der ME Wirkung. Eine Methode für die Vorbereitung der Flüssigkristall Zellen berichtet wurde, in detail vorher¹⁸. Hier haben wir modifiziert diese Methode für mich und dielektrische Messungen. Mit der hier beschriebenen Methode erkannt wir magnetisch-abgestimmte elektrische Polarisation, d. h. der direkten Wirkung auf mich, in einem Flüssigkristall zeigt die SmC * Phase bei Raumtemperatur.