Misurare la polarizzazione ferroelettrica magneticamente-sintonizzati in cristalli liquidi

Ricerca sul magnetoelettriche (ME) effetto, l’induzione di polarizzazione elettrica (magnetizzazione) da un campo magnetico (elettrico), è stata focalizzata verso i nuovi tipi di applicazioni come sensori e tecnologie di archiviazione. Con recenti studi su di ME multiferroici^1,2,3,4, i sistemi di destinazione nel campo di ME studio sono estese ai vari tipi di materiali allo stato solido, tra cui organici, inorganici, e Quadri di metallo-organici, utilizzando giunti spin-reticolo destramente^5,6,7,8,9. Tuttavia, operazione di temperatura, che deve essere compiuta per utilizzazione pratica di ME materiali con loro ME giunti, è ancora un problema impegnativo, e un numero molto limitato di materiali monofase è stato segnalato come temperatura magnetoelectrics ad oggi¹⁰.

Cristalli liquidi, che possiedono un ordine orientazionale, a volte con una parziale posizionale, sono stati esaminati anche per quanto riguarda ME materiali in anni recenti^{11,12,13,14, 15}. uno dei vantaggi dei cristalli liquidi come ME materiali è la loro temperatura di funzionamento, come fasi di cristalli liquidi sono in genere stabilizzati intorno a temperatura ambiente. Un esempio di ME cristalli liquidi segnalati finora è un composito tra nano-piastrine magnetiche con anisotropia magnetica perpendicolare e cristalli liquidi che mostra la fase nematica, noto come la fase più semplice di cristalli liquidi solo possedendo unidimensionale ordine orientazionale¹⁵. Essa mostra il contrario mi effetto, l’induzione di magnetizzazione di un campo elettrico, attraverso la manipolazione di campo elettrico della piastrina accoppiata e orientamenti molecolari.

Più recentemente, un’altra strategia unica per stabilire il programma ME effetto a cristalli liquidi è stato proposto¹⁶. Il focus di questa strategia è quello di creare una fase di C (SmC *) smettici chirali con ordine posizionale unidimensionale, risultante in una struttura diffusa strato chiamata lo strato smettiche. Una caratteristica della fase di SmC è che un vettore di orientamento molecolare n è accoppiato con un momento di dipolo elettrico locale p. Questa correlazione è fornita dalla combinazione di inclinato orientamento delle molecole costituenti asta-come per quanto riguarda lo smettiche strato normale n₀ e la chiralità indotta specchio (e inversione) rottura di simmetria nelle molecole. Dal punto di vista delle simmetrie, il primo cambia la simmetria da D_∞h (la cosiddetta fase di SmA, Figura 1A) in C_2h (la cosiddetta SmC fase, Figura 1B) e la quest’ultimo rompe la simmetria di specchio di C_2h affinché la simmetria è ridotta in C₂ (fase di SmC *, vedere ogni strato in Figura 1). In ogni SmC * strato, è consentita la presenza di polarizzazione finiti lungo l’asse di₂ C, che è normale sia n₀ e n. Il forte accoppiamento tra n e p è essenziale per la ferroelettricità in cristalli liquidi. Nella fase di SmC *, n allinea in modo elicoidale attraverso strati (Figura 1), e quindi non c’è nessuna polarizzazione macroscopici. Ferroelettricità in tali cristalli liquidi è ottenuta utilizzando forti effetti di superficie, che stabilizzano lo stato orientato in modo omogeneo di n noto come un superficie-stabilizzato ferroelettrici cristalli liquidi (SSFLC) stato (Figura 1). Si deve osservare che l’inversione di polarizzazione ferroelettrica sempre accompagna una commutazione degli Stati bi-stabile orientamento attraverso l’accoppiamento tra n e p¹⁷. Come l’effetto inverso, un cambiamento nell’orientamento molecolare della fase di SmC dovrebbe dar luogo a un cambiamento nella polarizzazione elettrica. Attraverso anisotropia magnetica causata da giri su elementi magnetici e/o anelli aromatici in molecole di cristalli liquidi e la flessibilità di n in uno stato di cristalli liquidi a causa di interazioni molecolari più debole rispetto a uno stato solido cristallo, n è sintonizzabile anche da un campo magnetico. Così, la fase di SmC può essere trasformata in uno stato in modo omogeneo orientato magnetica indotta da campo simile a uno stato SSFLC. Dunque, il diretto ME effetto, l’induzione di polarizzazione elettrica da un campo magnetico, è realizzato come lo sviluppo della polarizzazione elettrica macroscopica è indotta da un allineamento omogeneo di n accoppiato con p, in tutti gli strati.

Introduciamo le procedure per preparare cellule a cristalli liquidi per l’indagine di ME giunti e metodologie per rilevare il ME effetto. Un metodo per la preparazione delle celle a cristalli liquidi è stata segnalata in dettaglio in precedenza¹⁸. Qui, abbiamo modificato questo metodo per ME e dielettrico misurazioni. Con il metodo descritto qui, abbiamo rilevato magneticamente-sintonizzati polarizzazione elettrica, vale a dire la diretta ME effetto, a cristalli liquidi che mostra la fase di SmC a temperatura ambiente.