Жидкие кристаллы и их применение

Выполнены экспериментальные исследования и дана теоретическая интерпретация особенностей спектральных свойств мультислойного фотонного кристалла, содержащего твист-нематический ЖК в качестве дефекта структуры (Lin Y.-T., Chang W.-Y., Wu C.-Y., Zyryanov V.Ya., Lee W. Optics Express. 2010, 18, 26959; Timofeev I.V., et al. Phys. Rev. E, 2012, 85, 011705).
Экспериментально продемонстрированы эффекты оптической бистабильности, дифференциального усиления и ограничения мощности лазерного излучения, распространяющегося в фотонной структуре с нематическим ЖК дефектом (Гуняков В.А. и др. ДАН, 2013, 450, 525).
Экспериментально обнаружен и получил теоретическое обоснование эффект угловой конверсии света в резонаторе Фабри-Перо с включением светорассеивающих элементов структуры (Bulgakov E.N., Sadreev A.F., Gerasimov V.P., Zyryanov V.Ya. J. Opt. Soc. Am. A, 2014, 31, 264).
Предложен и реализован метод модуляции интенсивности дефектных мод, основанный на электро-гидродинамической конвекции в нематике, приводящей к появлению поляризационно-чувствительной рассеивающей моды в оптическом отклике фотонной структуры (Гуняков В.А. и др. Письма в ЖТФ, 2015, 41, 70).
Развито новое направление в области композитных ЖК материалов – разработаны и исследованы одноосно ориентированные пленки капсулированных полимером жидких кристаллов различного типа (нематиков, холестериков, сегнетоэлектрических смектиков) (Зырянов В.Я. Диссертация д.ф.-м.н., Красноярск, ИФ СО РАН, 2002).
Проведены оптические и спектральные исследования локального перехода Фредерикса, возникающего в нематическом ЖК на сколе сегнетоэлектрического кристалла вблизи точки Кюри. Исследована связь характеристик анизотропного взаимодействия ЖК и полярной поверхности подложки с параметрами ориентационной упорядоченности молекул нематика (Гуняков В.А. и др. Eur. Phys. J. E, 2006, 20, 467; Liquid Crystals, 2006, 33, 645).
Обнаружено (Prishchepa O.O., et al., Phys. Rev. E, 2005, 72, 031712), что в композитных ЖК пленках изменение граничных условий на поверхности полимера с тангенциальным сцеплением за счет вариации концентрации гомеотропного сурфактанта в нематике приводит к формированию ряда стабильных и метастабильных конфигураций директора в каплях ЖК, принципиально отличающихся от ранее известных вследствие неоднородности поверхностного сцепления, реализующегося в данной системе (Прищепа О.О., и др. Письма в ЖЭТФ, 2004, 79, 315). Для теоретической интерпретации наблюдаемых эффектов разработан метод численного расчета ориентационной структуры капель нематических ЖК (Прищепа О.О., Шабанов А.В. и др. Письма в ЖЭТФ, 2006, 84, 723), в котором впервые реализованы возможности учета неоднородности граничных условий, анизометрии капель и произвольного направления управляющего электрического или магнитного поля.
Предложен и реализован способ электроуправляемой модификации поверхностного сцепления жидких кристаллов наноразмерными слоями ионных сурфактантов в каплях ЖК, капсулированных в полимерной матрице (Зырянов В.Я., Крахалев М.Н. и др. Письма в ЖЭТФ, 2007, 86, 440). Показано, что возможна инверсная мода эффекта электроуправляемой модификации межфазных границ нанослоем ионного сурфактанта (Зырянов В.Я., Крахалев М.Н. и др., Письма в ЖЭТФ, 2008, 88, 688).
Проведены исследования нового способа управления ориентационной структурой в приложении к каплям холестерика, в которых обнаружен эффект структурной и оптической бистабильности, обусловленный ионной модификацией граничных условий (Гардымова и др., Письма в ЖТФ, 2011, 37, 35. Патенты РФ №2428732 и №2428733, 2011).
Осуществлена электрически индуцированная ионная модификация поверхностного сцепления для управления ориентационной структурой и оптическими свойствами плоского слоя нематика 5ЦБ с De > 0 (Сутормин В.С. и др., Письма в ЖЭТФ, 2012, 96, 562). Определены динамические характеристики отклика ЖК ячейки, заполненной нематиком 5ЦБ с добавкой катионного сурфактанта ЦТАБ (Сутормин В.С. и др., Письма в ЖТФ, 2013, 39, 1).

Микрофотографии оптических текстур слоя жидкого кристалла 5ЦБ, допированного ионным сурфактантом ЦТАБ: (а) в исходном состоянии; (b) под действием постоянного электрического поля Е, направленного от нижней подложки к верхней; (c) для поля противоположной полярности. Величина приложенного напряжения U = 3 В. Толщина слоя ЖК 6 мкм. Скрещенные поляризаторы обозначены двойными стрелками. Нижняя подложка натиралась в направлении R, составляющем угол 45° с поляризатором. Верхняя положка не натиралась.
Предложена и реализована быстродействующая ЖК-ячейка с ориентационным переходом между гомеопланарной и твистированной конфигурациями директора в слое нематика с ионно-сурфактантным управлением (Sutormin V.S. et al. Optical Material Express, 2014, 4, 810). Разработанные методы управления ориентационной структурой жидкокристаллических материалов посредством модификации поверхностного сцепления ионными сурфактантами являются принципиально новыми и не имеют аналогов на мировом уровне.

Осциллограммы оптического отклика ЖК ячейки, заполненной 5ЦБ, допированным ЦТАБ, в геометрии скрещенных поляризаторов. (а) ячейка управляется монополярным электрическим импульсом; (b) ячейка управляется биполярным электрическим импульсом. t_on, t_off – времена включения и выключения, соответственно.