Ориентационные переходы в магнитокомпенсированных ферронематиках с гомеотропным сцеплением частиц с матрицей

Данил Александрович Петров (Danil A. Petrov), Павел Константинович Скоков (Pavel Skokov)

Аннотация


В рамках континуальной теории изучены индуцированные внешним магнитным полем ориентационные переходы в ферронематике – суспензии субмикронных частиц ферромагнетика, приготовленной на основе нематического жидкого кристалла. Рассматривался компенсированный ферронематик, в котором имелись равные доли феррочастиц с противоположно направленными магнитными моментами. В отсутствие магнитного поля такая суспензия является не намагниченной и представляет собой жидкокристаллический аналог антиферромагнетика. Учитывались следующие вклады в объемную плотность свободной энергии: энергия ориентационно-упругих деформаций поля директора, энергия диамагнитной матрицы и магнитных моментов феррочастиц в магнитном поле и вклад энтропии смешения идеального раствора частиц в суспензии. Рассмотрены мягкое гомеотропное сцепление феррочастиц с молекулами жидкого кристалла и мягкое планарное сцепление директора с границами слоя. Показано, что в исследуемой геометрии включение магнитного поля приводит к перераспределению магнитной примеси в слое ферронематика без появления искажений ориентационной структуры. Начальное антиферромагнитное упорядочение магнитных частиц сменяется ферримагнитным, т.е. происходит увеличение объемной доли частиц, ориентированных в направлении магнитного поля. С ростом магнитного поля однородное ферримагнитное состояние становится неустойчивым и происходит переход в неоднородную фазу. Последующее увеличение напряженности магнитного поля приводит к исчезновению искажений ориентационной структуры, вызывая переход ферронематика в однородную планарную фазу, в которой директор и намагниченность направлены вдоль магнитного поля. Аналитически найдены выражения для пороговых полей переходов между ориентационными фазами ферронематика для различных значений материальных параметров суспензии.

Поступила в редакцию 16.01.2017; принята к опубликованию 10.05.2017


Полный текст:

PDF

Литература


de Gennes P. G. Physics of liquid crystals. Мoscow: Mir, 1977. 400 с.

Stewart I. W. The Static and Dynamic Continuum Theory of Liquid Crystals: A Mathematical Introduction. London: Taylor & Francis, 2004. 360 p.

Brochard F., Gennes de P. G. Theory of magnetic suspensions in liquid crystals. Journal de Physique, 1970, vol. 31, pp. 691–708.

Burylov S. V., Raikher Yu. L. Macroscopic properties of ferronematics caused by orientational interactions on the particle surfaces. II. Behavior of real ferronematics in external fields. Molecular Crystals and Liquid Crystals, 1995, vol. 258, pp. 123–141.

Kopčanský P., Tomašovičová N., Koneracká M., Závišová V., Timko M., Džarová A., Šprincová A., Éber N., Fodor-Csorba K., Tóth-Katona T., Vajda A., Jadzyn J. Structural changes in the 6CHBT liquid crystal doped with spherical, rodlike, and chainlike magnetic particles. Physical Review E, 2008, vol. 78, 011702.

Buluy O., Ouskova E., Reznikov Yu., Glushchenko A., West J., Reshetnyak V. Magnetically induced alignment of FNS. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2002, vol. 252, pp. 159–161.

Zadorozhnii V. I., Reshetnyak V. Yu., Kleshchonok A. V., Sluckin T. J., Thomas K. S. Inverse Frederiks effect and bistability in ferronematic cells. Molecular Crystals and Liquid Crystals, 2007, vol. 475, pp. 221–231.

Zadorozhnii V. I., Sluckin T. J., Reshetnyak V. Yu., Thomas K. S. The Frederiks effect and related phenomena in ferronematic materials. SIAM Journal of Applied Mathematics, 2008, vol. 68, pp, 1688–1716.

Makarov D. V., Zakhlevnykh A. N. Tricritical phenomena at the Freedericksz transition in ferronematic liquid crystals. Physical Review E, 2010, vol. 81, 051710.

Podoliak N., Buchnev O., Buluy O., D'Alessandro G., Kaczmarek M., Reznikov Y., Sluckin T. J. Macroscopic optical effects in low concentration ferronematics. Soft Matter, 2011, vol. 7, pp. 4742–4749.

Mertelj A., Lisjak D., Drofenik M., Čopič M. Ferromagnetism in suspensions of magnetic platelets in liquid crystal. Nature, 2013, vol. 504, pp. 237–241.

Zakhlevnykh A. N., Petrov D. A. Weak coupling effects and re-entrant transitions in ferronematic liquid crystals. Journal of Molecular Liquids, 2014, vol. 198, pp. 223–233.

Zakhlevnykh A. N., Petrov D. A. Orientational bistability in ferronematic liquid crystals with negative diamagnetic anisotropy. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2015, vol. 393, pp. 517–525.

Garbovskiy Yu. A., Glushchenko A. V. Liquid crystalline colloids of nanoparticles: preparation, properties, and applications. Solid State Physics, 2011, vol. 62, pp. 1–74.

Podoliak N, Buchnev O, Bavykin D. V., Kulak A. N., Kaczmarek M., Sluckin T. J. Magnetite nanorod thermotropic liquid crystal colloids: Synthesis, optics and theory. Journal of Colloid and Interface Science. 2012, vol. 386, pp. 158–166.

Tomašovičová N., Timko M., Mitróová Z., Koneracká M., Rajňak M., Éber N., Tóth-Katona T., Chaud X., Jadzyn J., Kopčanský P. Capacitance changes in ferronematic liquid crystals induced by low magnetic fields. Physical Review E, 2013, vol. 87, 014501.

Gdovinová V., Tomašovičová N., Éber N., Tóth-Katona T., Závišová V., Timko M., Kopčanský P. Influence of the anisometry of magnetic particles on the isotropic–nematic phase transition. Liquid Crystals, 2014, vol. 41, pp. 1773–1777.

Petrov D. A., Zakhlevnykh A. N. Freedericksz transition in compensated ferronematic liquid crystals. Molecular Crystals and Liquid Crystals. 2012, vol. 557, pp. 60–72.

Zakhlevnykh A. N., Petrov D. A. Influence of the segregation effect on the magnetic and optical properties of a compensated ferronematic liquid crystal. Technical Physics, 2012, vol. 57, pp. 1208–1218.

Zakhlevnykh A. N., Petrov D. A. Magnetic field induced orientational transitions in soft compensated ferronematics. Phase Transitions, 2014, vol. 87, pp. 1–18.

Zakhlevnykh A. N., Petrov D. A. Orientational bistability and magneto-optical response in compensated ferronematic liquid crystals. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2016, vol. 401, pp. 188–195.

Zakhlevnykh A. N., Petrov D. A. Orientational Transitions in Antiferromagnetic Liquid Crystals. Physics of the Solid State, 2016, vol. 58, pp. 1906–1915.

Rapini A., Papoular M. Distorsion d'une lamelle nématique sous champ magnétique conditions d'ancrage aux parois. Journal de Physique Collo-que, 1969, vol. 30, pp. 54–56.

Blinov L. M., Chigrinov V. G. Electrooptic Effects in Liquid Crystal Materials. New-York: Springer-Verlag, 1994. 464 p.

Zakhlevnykh A. N. Threshold magnetic fields and Freedericksz transition in a ferronematic. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2004, vol. 269, pp. 238–244.




DOI: http://dx.doi.org/10.17072/1994-3598-2017-1-31-40

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.



ISSN: 1994-3598

Адрес издателя и учредителя: ПГНИУ, ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614990
Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охраны культурного наследия. Свидетельство о регистрации средства массовой информации ПИ № ФС77-66788 от 08 августа 2016 г.

Научное издание

© ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», 2017