Medir a polarização ferroelétrica magneticamente sintonizado em cristais líquidos

Pesquisa sobre o magnetoelectric (ME) efeito, a indução de polarização elétrica (magnetização) por um campo magnético (elétrico), concentrou-se em direção os novos tipos de aplicativos como sensores e tecnologias de armazenamento. Com recentes estudos sobre mim multiferroics^1,2,3,4, os sistemas de destino no campo dos ME estudo são estendidas para vários tipos de materiais de estado sólidos, incluindo inorgânicos, orgânicos, e estruturas metal-orgânicas, utilizando-se acoplamentos spin-lattice destreza^5,6,7,8,9. No entanto, operação de temperatura, que deve ser realizada para a utilização prática de mim materiais com seu ME acoplamentos, ainda é um assunto desafiador, e um número muito limitado de materiais monofásicos têm sido relatado como temperatura magnetoelectrics até à data de¹⁰.

Cristais líquidos, que possuem uma ordem como orientação, às vezes com uma posição parcial, também foram examinados em relação a mim materiais em anos recentes^{11,12,13,14, 15}. uma das vantagens de cristais líquidos como ME materiais é sua temperatura de operação, como as fases de cristal líquido normalmente são estabilizadas em torno da temperatura ambiente. Um exemplo de mim cristais líquidos relatados até agora é um composto entre magnéticas nano-plaquetas com anisotropia magnética perpendicular e cristais líquidos, mostrando a fase nemática, conhecido como a fase de cristal líquido mais simples possuindo apenas unidimensional como orientação ordem¹⁵. Ele mostra o inverso de mim o efeito, a indução de magnetização por um campo elétrico, através da manipulação do campo elétrico das plaquetas acoplada e orientações moleculares.

Mais recentemente, outra estratégia única para estabelecer o ME efeito em cristais líquidos foi proposto¹⁶. O foco desta estratégia é criar uma fase de C (SmC *) quiral esmates com ordem posicional unidimensional, resultando em uma estrutura difusa camada chamada de camada de esmates. Uma característica da fase de SmC é que um vetor de orientação molecular n está associada a um momento de dipolo elétrico local p. Esta correlação é fornecida pela combinação de orientação inclinada das moléculas constituintes de haste-como no que diz respeito a camada de esmates normal n₀ e a induzida pela quiralidade espelho (e inversão) da simetria nas moléculas. Do ponto de vista de simetrias, o antigo transforma a simetria de D_∞h (a chamada SmA fase, figura 1A) C_2h (a chamada SmC fase, figura 1B) e o Esta última quebra a simetria de espelho de C_2h para que a simetria é reduzida em C₂ (fase de SmC *, ver cada camada em Figura 1). Em cada camada de SmC *, a presença de polarização finita é permitida no eixo C₂ , que é normal a n₀ e n. O forte acoplamento entre n e p é essencial para a Ferroeletricidade em cristais líquidos. Na fase de SmC *, n alinha na forma helicoidal através de camada por camada (Figura 1), e, portanto, não há nenhuma polarização macroscópica. Ferroeletricidade em tais cristais líquidos é conseguida usando fortes efeitos de superfície, que estabiliza o estado homogeneamente orientado de n conhecida como um superfície estabilizada ferroelétrica cristal líquido (SSFLC) Estado (Figura 1). Note-se que a reversão de polarização ferroelétrica sempre acompanha uma comutação dos Estados bi-estável orientação através do acoplamento entre n e p¹⁷. Como o efeito inverso, uma mudança de orientação molecular da fase de SmC deverá dar origem a uma mudança na polarização elétrica. Através de anisotropia magnética causada por rodadas em elementos magnéticos e/ou anéis aromáticos em moléculas de cristal líquido e a flexibilidade de n em um estado de cristal líquido devido às interações moleculares mais fracos do que em um estado de cristal sólido, n é também sintonizável por um campo magnético. Assim, a fase de SmC pode ser transformada em um campo magnético-induzido homogeneamente orientado estado semelhante a um estado SSFLC. Portanto, o direto ME afetar, a indução de polarização elétrica por um campo magnético, é alcançado como o desenvolvimento de polarização elétrica macroscópica é induzido por um alinhamento homogêneo de n juntamente com p, em todas as camadas.

Apresentamos os procedimentos para preparar células de cristal líquido para a investigação de mim acoplamentos e metodologias para detectar o ME efeito. Um método para a preparação de células de cristal líquido foi reportada em detalhe anteriormente¹⁸. Aqui, nós modificamos este método para mim e o dielétrico para medições. Com o método detalhado aqui, detectamos a polarização elétrica magneticamente sintonizado, ou seja, o direto ME efeito, em cristal líquido mostrando a fase de SmC à temperatura ambiente.