液晶における強誘電分極の磁場調整を測定
Summary
本報告では液晶の磁場の適用による直接マグネトエレク トリック効果、すなわち分極の誘導を検討するプロトコルを提案します。このプロトコルは、部屋温度 magnetoelectrics を達成するために、液晶の柔らかさでサポートされている、ユニークなアプローチを提供します。
Abstract
材料 (鉄) 電気と磁気間のカップリング現象を示す、すなわち、マグネトエレク トリック効果、大量のセンサーやストレージなど将来のデバイス技術の潜在的な応用のための関心を集めています。ただし、通常利用する材料の磁性金属イオン (またはラジカル) を含むが、従来のアプローチは主要な問題を抱えている: 室温でカップリング現象を表示する唯一のいくつかの素材が発見されています。最近では、室内温度 magnetoelectrics を達成するために新しいアプローチを提案する.従来のアプローチとは対照的代替提案は完全に異なる素材、「液晶」、磁性金属イオンから自由焦点を当て。このような液晶の磁場を構成する分子と分子の磁気異方性を対応する電気分極の配向状態を制御する利用できます。マグネトエレク トリック効果の前例のない機構です。このコンテキストでは、このペーパーは、磁場、液晶で、つまり、直接マグネトエレク トリック効果誘起強誘電特性を測定するためのプロトコルを提供します。ここで詳しく説明の方法で正常に室温で液晶のキラル スメクティック C 相の電気分極の磁場調整を検出しました。直接電気磁気応答に影響を与える、構成分子の柔軟性と共に撮影方法を紹介液晶セル室温 magnetoelectrics としてより多くの機能を取得するようになるし、関連付けられています。光学材料
Introduction
(私) 効果、磁気 (電界) による電気分極 (磁化) の誘導、電気磁気に関する研究、センサーおよびストレージ ・ テクノロジーなどのアプリケーションの新しい種類の方が注目されています。最近の研究私のマルチフェロイックス1,2,3,4, ターゲット システム固体、無機、有機などの様々 なタイプに私の分野で研究を拡張し、金属有機性フレームワーク、スピン-格子カップリングを利用して器用5,6,7,の8,9。ただし、室温動作私の実用的な利用のために達成する必要があります自分の ME と材料・ カップリング、挑戦的な問題だし、単相材料の非常に限られた数は、部屋温度として報告されています。10日に magnetoelectrics。
私に関しても検討されて、時に部分的な位置の 1 つの配向秩序を有する液晶材料13,1412,近年11、、、15. 1 つ私として液晶の利点の材料は、動作温度 – 液晶相は通常室温付近安定。例私の液晶はこれまで報告が垂直磁気異方性磁気ナノ血小板と最も簡単な液晶相として知られているネマティック相を示す液晶複合所持 1 次元のみ配向秩序15。それは私に影響を与える、コンバース血小板結合と分子配向の電場を介したの電界印加による磁化の誘導を示しています。
さらに最近、私を確立する別のユニークな戦略液晶の効果提案16歳でした。この戦略の焦点は、スメクチック層と呼ばれる拡散層構造の一次元の位置の順序でキラルなスメクティック C (SmC *) フェーズを作成します。SmC の段階の 1 つの特徴は、分子配向ベクトルnはローカル電気双極子モーメントpとつながれることです。この相関関係は、傾斜配向スメクティック層法線をn0と、キラリティー誘起ミラー (と反転) 対称性の破れの分子に関して、棒状分子の組み合わせによって提供されます。対称性の観点から、旧D∞h (いわゆる SmA 相、図 1 a) から対称に変更C2h (いわゆる SmC フェーズ、図 1 b) と対称性はC2に減少したので、後者は、 C2hのミラー対称性を破る (SmC * フェーズでは、図 1の各レイヤーを参照してください)。SmC * 各層のn0とnの両方に通常はCの2軸に沿って有限偏波の存在となっています。Nとpの間の強い結合は液晶の強誘電性に不可欠です。SmC * 段階でn層 (図 1)、螺旋的で整合し、従って巨視的分極がないです。このような液晶の強誘電性はn表面安定化強誘電性液晶 (SSFLC) 状態 (図 1) として知られている均一配向状態を安定させる強いの表面効果を使用して実現されます。常に強誘電体の分極反転がnとp17間の結合を通じて双安定配向状態の切り替えに伴うことに注意してください。逆の効果として、SmC の段階の分子の向きの変化は電気分極の変化を生じさせると予想されます。磁気異方性磁気要素および/または液晶分子と固体の結晶状態より弱い分子相互作用による液晶状態のnの柔軟性で芳香環の回転によって引き起こされるnです。また磁場印加による可変。したがって、SmC のフェーズは、強誘電性液晶状態と同様、磁気誘導の均一配向状態に変換できます。したがって、電気分極の開発、 n pですべてのレイヤー結合の配向に起因する、直接私に影響を与える、磁場印加による電気分極の誘導を実現します。
カップリングと ME を検出するための方法論は、私の調査のため液晶セルを準備する手順を紹介する効果。メソッドで報告された液晶セルの準備のための以前18 を詳細します。ここでは、誘電体と私のためのこの方法の測定を変更しました。ここで詳しく説明の方法で室温で SmC のフェーズを示す液晶磁気調整電気分極は、直接私に影響を与えるを検出した.
Protocol
Representative Results
Discussion
実験の結果, 液晶結合私を示される正常にここで説明したメソッド。観測された私と磁気誘電効果することができます固定スメクティック層構造における分子配向の配向遷移に関連付けられました。ただし、レイヤー構造の層法線方向n0は磁気異方性磁気フィールドを適用することによっても変更できます。これは分子がnとその磁気異方性によ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
私たちの実験では彼の助けを教授高西を感謝いたします。また、DIC 株式会社に感謝、ここで学んだ化合物を提供するため。この作品は、日本学術振興会研究員 (16J02711)、日本学術振興会科研費助成番号の費補助金によって支えられた 17 H 01143 と大学院「インタラクティブな材料士官候補生プログラム」をリードするためのプログラム。
Materials
| Material | |||
| Compound 1: Figure 4(A) | DIC Co., Ltd. | –N/A | PYP-8O8 |
| Compound 2: Figure 4(B) | DIC Co., Ltd. | N/A | PYP-10O10F |
| ITO-coated glass substrates | Sigma-Aldrich Inc. | 703192-10PK | |
| Detergent | Wako Pure Chemical Industries, Ltd. | 031-10401 | |
| Alignment layer planer | JSR Co., Ltd. | AL1254 | |
| Spacer | Teijin Film Solutions Co., Ltd. | Q51-12 | |
| Glue | Huntsman Inc. | ARALDITE RT30 | For gluing two substrates |
| Glue | M&I Materials ltd. | Apiezon H Grease | For gluing a cell and homemade insert |
| Silver paste | Fujikura Kasei Co., Ltd. | D-753 | |
| Equipment | |||
| Ultrasonic cleaner | AS ONE Corp. | AS52GTU | |
| Spin coater | Mikasa Co. Ltd. | 1H-D7 | |
| Polarized optical microscope | Nikon Co., Ltd. | ECLIPSE LV100N POL | |
| Short-pass filter | Thorlabs Inc. | FB600-40 | |
| Optical spectrometer | Ocean Optics Inc. | USB2000+UV-VIS | |
| Differential thermal analyzer | Rigaku Co., Ltd. | Thermo plus EVO2 | |
| Superconducting magnet | Quantum Design Inc. | PPMS | |
| LCR meter | Keysight Technologies Ltd. | E4980A | |
| Electrometer | Keithley Instruments Inc. | 6517A |
References
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