ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Что проделывает поле с оптической осью из "Жидкие кристаллы" Мы подошли к центральному пункту повествования об оптической оси нематика. Пора научиться ею управлять по желанию. Электрическое поле поможет это делать с легкостью. Оно поворачивает продолговатые молекулы, а значит, и ось L так, чтобы вектор Ь оказался либо параллелен полю Е, либо перпендикулярен к нему. Ничего другого, как правило, оптической оси не дано. Рисунок 42 объясняет, почему так происходит. [c.57] Бывает, продолговатая молекула устроена так, что электронное облако легче сместить вдоль поперечной оси. Тогда только проекция поля Е на поперечную ось создает диполь (рис. 42, б). В этом случае рассуждение полностью повторяется, но результат его, очевидно, таков возникающий крутящий момент поворачивает молекулу так, чтобы ее продольная ось оказалась перпендикулярной полю. [c.58] Вообще-то, пока речь идет о поворотах одной-един-ственной молекулы, было бы неправильно говорить о повороте оптической оси нематика. Точно такие же повороты индивидуальных молекул происходят и в обычной жидкости. Эффект от них невелик. Но в том-то и дело, что в нематике все молекулы, взаимодействуя между собой, ориентируются одинаково. Поэтому, грубо говоря, достаточно толкнуть одну из них, чтобы другие, как костяшки домино, дружно повернулись вслед за первой. Здесь и кроется причина того, что для осуществления поворота именно оптической оси требуются небольшие усилия, в том числе и не очень сильное электрическое поле. [c.58] Но и в этом случае нематик оставляет свой след. Дело в том, что обычная жидкость, бывшая нематиком, хранит о нем память. Память в том смысле, что она состоит из знакомых нам зерен, которые теперь ориентированы совершенно хаотично (рис. 43). Однако размер этих зерен или число молекул в них сильно зависит от нагрева. С увеличением температуры зерна мельчают. Но, если жидкость нагрета немного выше температуры плавления нематика, размеры зерен еще велики — около 100 нм. Поэтому ориентировать молекулы полем гораздо легче вблизи температуры плавления, чем вдали от нее. [c.59] Казалось бы, сколь угодно слабое поле может поворачивать оптическую ось нематика. Так и будет, если жидкая среда простирается неограниченно по всем направлениям. В действительности же, как мы знаем, слой нематика должен иметь конечную толщину и жесткую ориентацию молекул на стеклянной поверхности. Таким образом, отклоняющее действие поля вступает в противоборство со стабилизирующим действием упругих сил. Фактически отклонение оптической оси в слое нематика начинается тогда, когда крутящий момент электрических сил станет равен или больше возвращающего момента упругих сил. Поэтому для нематика существует совершенно определенный порог поля или разности потенциалов на электродах, выше которого оптической осью уже нетрудно управлять. [c.59] что в центре слоя отклонение оптических осей наибольшее, а у стеклянных поверхностей — наименьшее. Это естественно, поскольку влияние твердой поверхности ослабевает в глубине слоя. С увеличением поля повороты оптических осей становятся все больше и достигают 90° почти во всем нематике, за исключением тонкого приповерхностного слоя, где молекулы прилипли к стеклу. Собственно говоря, такое поведение нематика и называется эффектом Фредерикса. [c.60] Лучи проходят слой нематика с разной скоростью. Поэтому в зависимости от длины волны, толщины слоя и угла наклона оси Ь лучи на выходе из нематика Запаздывают 1Ю-разному. Например, может оказаться так, как показано на рисунке, т. е. лучи усилят друг друга, пройдя второй поляризатор с поляризацией Евыход-При этом запаздывание необыкновенного луча должно быть таково, чтобы векторы Е е и Е б а были противоположны по направлению. [c.61] Поместив слои нематика (а), (б) и (в) (рис. 44) между скрещенными поляризаторами, в сильном поле мы будем наблюдать знакомые оптические эффекты. Во всех этих случаях свет не будет пропущен сквозь оптическую систему, так как слои нематика практически не будут изменять поляризацию света. Таким образом, появляется принципиальная возможность управления интенсивностью света, например в системе (в) — прозрачной в слабом поле (рис. 37, б). Можно было бы использовать и слой (а) (рис. 44), если ось полировки стекол расположить под углом 45° к осям поляризаторов. При этом толщину слоя надо подобрать так, чтобы осуществлялся поворот поляризации света на 90° после выхода из не -тика. Такое оптическое устройство в точности пов о-ряет рис. 29. [c.62] Простота и доступность нарисованных схем восх1-щает. Не надо кропотливой, почти ювелирной работ, необходимой при изготовлении твердых кристаллов для тех же целей. Не надо мощных импульсов электрического поля, используемых для поворота оптической оси в твердом кристалле. В нематике независимо от толщины слоя пороговое напряжение может составлять всего доли вольта, а толщина слоев, используемых на практике, примерно равна сотой доле миллиметра Это и обусловило громадный практический интерес к жидким кристаллам при создании оптических индикаторов и затворов всевозможных типов. [c.62] Малое время реакции обычной жидкости на действие поля объясняется тем, что здесь, как мы знаем, поворачивается каждая молекула в отдельности. Сопротивление ее повороту со стороны остальных молекул ничтожно. Вот тут-то, в быстродействии, жидкие кристаллы вообще и нематик в частности не выдерживают конкуренции, потому что в нематике действует огромный и слаженный ансамбль молекул или, по крайней мере, крупнозернисто-сть необычной жидкости. В самом деле, в этом случае должны разом поворачиваться миллионы молекул. И хотя мы выигрываем в энергетической экономичности такого поворота, зато начинаем проигрывать в скорости его осуществления. Причина — вязкость вещества, которая сказывается как раз на таких больш-их масштабах. [c.63] Когда мы сравнивали оптические оси со струнами в вязкой жидкости и с водорослями в морской воде (рис. 40), то имели в виду именно это обстоятельство. И те, и другие не могут долго колебаться, если перестать на них воздействовать колебания быстро угасают вследствие трения (вспомним, как колышутся водоросли ). Конечно, чем сильнее электрическое поле, тем быстрее оптическая ось изменит свое направление в нематике. Однако пока самые быстрые процессы в жидком кристалле протекают медленнее 10 с. [c.63] Мы познакомились еще с одним необычным свойством нематика — ориентационной вязкостью, которая мешает быстродействию оптических индикаторов. К счастью, не во всех индикаторах нужны высокие скорости. Это отно-сится, например, к циферблатам электронных часов и Калькуляторов. [c.63] Вернуться к основной статье