向列液晶錨定能的微觀理論——錨定能新公式及其在弱錨定扭曲向列液晶盒的應(yīng)用.pdf

1、液晶表面物理學(xué)是目前液晶科學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要領(lǐng)域,其中液晶與固體接觸形成的界面和與之相關(guān)的界面物理成為了熱點(diǎn)問題.界面物理最重要的內(nèi)容是研究錨定作用,常用錨定能來表征.幾種唯象公式已有不同的作者提出.除了需要對(duì)各種唯象公式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)外,更需要基礎(chǔ)性理論工作,能從基本原理出發(fā),導(dǎo)出錨定能.本文給出了向列液晶錨定能的微觀理論.內(nèi)容分為兩個(gè)部分:(1)向列液晶界面錨定能的微觀理論.認(rèn)為液晶與固體接觸引起的界面能,是液晶分子與基板表面分子之間相

2、互作用勢(shì)能之和.其中界面能的各向異性部分就是錨定能.設(shè)上述兩種分子之間勢(shì)能的各向異性部分與液晶分子長軸取向和基板分子的取向(或等價(jià)取向)有關(guān),可求它的統(tǒng)計(jì)平均值.利用液晶序參量張量的定義和特點(diǎn),最后導(dǎo)出了錨定能新的公式:g<,s>=-1/2W<,1>(n.e)<'2>-1/2W<,2>(n·e×v)<'2>,其中n為液晶指向矢,e為統(tǒng)計(jì)意義上固體表面分子的取向或等價(jià)取向,v為固體表面的法向.g<,s>有兩項(xiàng),相應(yīng)的有兩個(gè)參量.它們都和兩

3、種分子間作用勢(shì)強(qiáng)度有關(guān),W<,1>正比于標(biāo)量序參量S,W<,2>正比于雙軸性序參量P.本文討論了理論公式與其它各種唯象公式間的關(guān)系,當(dāng)用于液晶盒的一維問題時(shí),理論公式化為RP公式,并且W<,1>=A<,θ>,W<,2>=A<,θ>-A<,ψ>;當(dāng)兩種分子之間的作用勢(shì)為排斥勢(shì)時(shí),由理論公式可得到Zhao et.al的唯象公式[Phys.Rev.E.62,R1481(2000)](2)弱錨定扭曲向列液晶盒.本文從理論上導(dǎo)出的新錨定能公式,與

4、推廣到二維情形的RP公式不同,它包含兩個(gè)參量.本文用解析的方法詳細(xì)研究了弱錨定扭曲向列液晶盒,并與Sugimura-Luckhurst—Ou-Yang[SLO][Phys.Rev.E.52,681(1995)]的結(jié)果比較.引入?yún)⒘喀?A<,θ>/A<,ψ>,當(dāng)ω=1時(shí),錨定能與RP公式的推廣形式一致.計(jì)算了閾值場(chǎng)強(qiáng)h<,th>和飽和場(chǎng)強(qiáng)h<,sat>,發(fā)現(xiàn)ω=1時(shí)結(jié)果與SLO結(jié)果相同.采用由實(shí)驗(yàn)得到的ω=k<,11>/k<,22>,10