Diplomarbeit
Dielektrische Spektroskopie ferroelektrischer Flüssigkristalle mit anomalem Verhalten der smektischen Schichtdicke an Phasenübergängen, Diplomarbeit Michael Krueger, 26. März 2004
Da in meiner Diplomarbeit sehr viele 3D Spektren enthalten sind, ist das PDF-File, trotz Qualitätsreduktion, mit 21MB (!) sehr groß. Die verminderte Qualität kommt in den Abbildungen zum Ausdruck, die häufig relativ grob-pixelig und nicht annähernd so schön wie in der Originalversion sind. Allerdings versteht man auch so in jeder Abbildung was ich meine (wenn nicht, versteht man es auch in der Originalversion nicht) und die Notwendigkeit dieser Reduktion ist aufgrund der (verminderten) Dateigröße wohl offensichtlich. Ob der Größe der Dateien ist es vorzuziehen, mit der Kontexttaste (meist rechte Maustaste) und "Ziel speichern unter..." die PDFs auf der Festplatte zu speichern und dann zu lesen, anstatt die PDFs direkt über den Link zu öffnen.
Für alle, die keine Lust auf den Download einer solch großen Datei haben, sondern sich nur etwas tiefer über Flüssigkristalle informieren wollen, als das, was auf meiner Flüssigkristall-Seite dargestellt ist, oder etwas über den groben Rahmen meiner Diplomarbeit erfahren wollen, gibt es hier noch ein PDF des Inhaltsverzeichnisses, der Einleitung und der Aufgabenstellung der Arbeit:
Inhaltsverzeichnis, Einleitung und Aufgabenstellung der Diplomarbeit (PDF, 3.5MB)
Einen Überblick über die Ergebnisse der Diplomarbeit, liefert das folgende Abstract:
Bei der Mehrzahl smektischer Flüssigkristalle ist ein Phasenübergang von smektisch A* nach smektisch C* mit einer Schrumpfung der smektischen Schichtdicke verbunden. Diese Schrumpfung folgt aus dem ansteigenden Tiltwinkel der mesogenen Moleküle in den smektischen Schichten (siehe Abb.1).
Bei wenigen smektischen Materialien ist kürzlich eine konstante Schichtdicke während des A* - C* Übergangs entdeckt worden. Solche Flüssigkristalle werden oft als de Vries Materialien bezeichnet, da der Kristallograph Adriaan de Vries als Erster einen Mechanismus zur Erklärung vorschlug (siehe Abb.2). Diese ungewöhnliche Eigenschaft einer, im Großen und Ganzen temperaturunabhängigen smektischen Schichtdicke, ist für mögliche Displayanwendungen ferroelektrischer Flüssigkristalle (FLCs) elementar wichtig.
Abb.1 (links): Schema des A* - C* Phasenübergangs mit Schichtschrumpfung: Beim Übergang in die SmC* - Phase neigen sich die Moleküle um einen Tiltwinkel Q gegen die Schichtnormale. Dadurch nimmt die Schichtdicke um einen Faktor cosQ ab.
Abb.2 (rechts): Schema eines A* - C* Phasenübergangs nach de Vries (ohne Schichtschrumpfung): Die Moleküle sind bereits in der SmA*-Phase um einen molekularen Tiltwinkel gegen die Schichtnormale geneigt, die Richtung ist jedoch völlig ungeordnet, somit resultiert ein makroskopischer Tiltwinkel von Null. Beim Übergang in die SmC* - Phase ordnet sich zusätzlich die Richtung der geneigten Moleküle, hier tritt nun auch ein makroskopischer Tiltwinkel Q auf.
Thermische Fluktuationen des Tiltwinkels sind notwendigerweise an lokale Fluktuationen der smektischen Schichtdicke gekoppelt. Deshalb wurden die Tiltwinkelfluktuationen in de Vries Materialien untersucht und mit Fluktuationen in gewöhnlichen FLCs verglichen. Da Tiltwinkelfluktuationen als dielektrische Softmode beobachtet werden können, ist die Dielektrische Spektroskopie ein wichtiges Instrument das Fluktuationsverhalten von FLCs zu untersuchen.
Systematische dielektrische Untersuchungen an fünf verschiedenen FLC Materialien im Frequenzbereich von 5 Hz bis 13 MHz ergaben zumindest zwei wesentliche Unterschiede in den Tiltwinkelfluktuationen und der damit verbundenen Absorption der Softmode:
- Die Stärke der Softmode – Absorption scheint mit dem Grad der Schichtschrumpfung am A* - C* Übergang zu korrelieren: Die de Vries Materialien mit vernachlässigbar kleiner Schichtschrumpfung wiesen die stärkste Softmode - Absorption auf. In einigen Fällen übertraf die Absorption der Softmode gar diejenige der Goldstonemode weit unterhalb der Phasenübergangstemperatur.
- Die Absorption der Softmode der de Vries Materialien folgt dem Curie – Weiss Gesetz über einen beträchtlich größeren Temperaturbereich (10 – 20 K) als die Absorption der Softmode in den gewöhnlichen FLCs (typischerweise 1 – 5 K). Der führende Landau – Koeffizient a, der für alle Flüssigkristalle aus dem Curie – Weiss Plot abgeschätzt wurde, nimmt mit steigendem Grad der Schichtschrumpfung zu.
Zusammenfassend geben diese Punkte einen deutlichen experimentellen Beweis, daß die Tiltwinkelfluktuationen und die damit verbundenen dielektrischen Eigenschaften der FLCs sicherlich durch den Grad der Schichtschrumpfung am A* - C* Übergang beeinflußt werden. Generell scheint der mean – field Temperaturbereich, um den A* - C* Übergang zu beschreiben, beim de Vries – artigen Übergang viel breiter zu sein.