masterThesis
Efeitos de campos externos na reorientação molecular de cristais líquidos nemáticos twist-bend
Effects of external fields on the molecular reorientation of twist-bend nematic liquid crystals
Autor
Dalcol, Denise da Silva
Institución
Resumen
This work presents a study of the effects of external magnetic fields (H ⃗) on the molecular structure of the twist-bend nematic phase (N_tb). In order to accomplish this, was used a recently proposed theoretical model to describe the said phase. The results for the theoretical model demonstrate the stability of the phase N_tb from an elastic point of view with a natural extension of the Frank elastic energy, where two vectors intervene as elements of symmetry [1]. The molecules in such a phase form an oblique helicoidal structure, in which the director n ⃗ rotates toward the axis t ⃗ keeping a constant angle θ, with a helix pitch in a nanometer scale. Therefore, in this work, the influence of external magnetic fields was analytically studied on a liquid crystal N_tb sample, using the elastic theory of continuum proposed by Barbero et al. [1], with positive magnetic susceptibility anisotropy. The results suggest that when H ⃗ is applied perpendicular to the helical axis, t ⃗, by increasing its intensity, the senoidal component of the director n ⃗ is distorted by increasing the helix pitch. As the intensity of H ⃗ increases, the helix unwinds forms a uniform nematic phase. Dynamic processes were investigated in the reorientation and relaxation of the director for the phase N_tb induced by a magnetic field H ⃗ parallel to t ⃗, assuming a case where θ=θ(z). In the situation of strong anchoring on the surfaces, an expression for the critical magnetic field was found analytically, and from this result, the relaxation times were obtained. No presente trabalho, estudam-se os efeitos de campos magnéticos externos (H ⃗) na estrutura molecular da fase nemática twist-bend (N_tb). Para tal, utiliza-se um modelo teórico recentemente proposto para descrever essa fase. Os resultados para o modelo teórico demonstram a estabilidade da fase N_tb a partir do ponto de vista elástico com uma extensão natural da energia elástica de Frank, onde intervêm dois vetores como elementos de simetria [1]. As moléculas nessa fase formam uma estrutura helicoidal oblíqua, em que o diretor n ⃗ gira em torno de um eixo t ⃗ mantendo um ângulo θ constante, com um passo da hélice em escala nanométrica. Portanto, neste trabalho estudou-se analiticamente a influência de campos magnéticos externos em uma amostra de cristal líquido N_tb, utilizando a teoria elástica do contínuo proposta por Barbero et al. [1], com anisotropia de susceptibilidade magnética positiva. Os resultados sugerem que, quando H ⃗ é aplicado perpendicularmente ao eixo helicoidal, t ⃗, aumentando a sua intensidade a componente senoidal do diretor n ⃗ é distorcida aumentando o passo da hélice. Conforme a intensidade de H ⃗ aumenta, a hélice desenrola até formar uma fase nemática uniforme. Foram investigados processos dinâmicos na reorientação e relaxação do diretor na fase N_tb induzidos por um campo magnético H ⃗ paralelo à t ⃗, assumindo um caso onde θ=θ(z). Na situação de ancoramento forte nas superfícies encontrou-se analiticamente uma expressão para o campo magnético crítico, a partir desse resultado, foram obtidos os tempos de relaxação.. 57 f
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