向列液晶表面弹性能K13项的物理效应及检验方法.pdfVIP

第53卷第8期2004年8月 物 理学 报 1000．3290／2004／53(08)12676—07ACTAPHYSICASINICA ⑥2004 Chin．Phys．Soc． 向列液晶表面弹性能K13项的物理效应及检验方法* 关荣华1’+ 淮俊霞2’ 刘建军2’3’ 杨国琛2’ ¨(华北电力大学应用物理系，保定071003) 2’(河北工业大学理学院，天津300130) ”(河北师范大学物理学院，石家庄050016) (2003年11月3日收到；2004年2月17日收到修改稿) 通过解析推导和数值计算的方法，得到了平衡态指向矢满足的微分方程和边界条件．研究了表面弹性能K。，项 对磁场作用下的弱锚定向列液晶盒Fr6edericksz转变性质的影响．结果表明，表面弹性能K。，项的存在对液晶系统的 自由能有很大的影响，从而改变转变的性质，诱导液晶盒在阈值点发生一级Fr6edericksz转变．给出了发生一级转变 的物理条件，它除了与液晶的结构和材料有关外，还依赖于液晶表面弹性能K。，项，同时给出了由此判断墨，项是否 存在的检验方法． 关键词：表面弹性能K。，项，弱锚定，Fr6edericksz转变 PACC：6130，6470M 弹性能K。项是否存在已开展的这些研究工作，由 1．引 言 于理论研究中K，，的引入带来的数学问题，以及实 验上对K。产生的明显物理效应的合理选择两方面 液晶的Frank曲率弹性理论…一直用于研究液的困难，使得在允许的误差范围内一直无法给出此 晶的静态问题，并被大家公认为是唯象地处理液晶 问题的确定答案． 在外场作用下发生畸变问题的经典理论．但近年来 仔细分析文献[1一13]的工作可知：Frank弹性 有文献指出，从分子相互作用的观点出发，Frank弹 系数K¨，K：：，K，。等只有10“5N量级，K。，也应为这 性自由能中，还应包含表面弹性能必。项uo．这一 一量级，因此强锚定液晶盒无法测知这一项是否存 问题的提出，引起了学术界的广泛关注．目前，对此 在，只能用弱锚定液晶盒检测．另外，由于确定指向 问题存在着两种相互争议的理论：一种是以 矢分布的方程和边界条件都是非线性的，并且墨， Pergamenshchik为代表的肯定理论b“o，另一种是以 是小量，因此应当在允许精度内考虑同一量级的物 Faetti为代表的否定理论∽叫引．Pergamenshchik等认理效应进行判定．最近，对液晶取向[14-183及弱锚定 为：对于大形变，高阶弹性项稳定了指向矢场，其作 液晶盒的研究及讨论¨9-221使我们得知，在一定条件 用可以看作是满足指向矢在边界处高阶导数要求的 限制条件，因而液晶的弹性自由能中必须加入 究表面弹性能K．，项的新方法． 含K．，的表面项，它的存在与在液态3He的B相中 本文用解析推导和数值计算的方法，在成功地 引入的散度项同等重要¨引．然而Faetti等指出： 解决弱锚定液晶盒引入表面弹性能K。项所带来的 Pergamenshchik理论引出了作用于向列相液晶分子数学困难的基础上，得到了指向矢平衡态满足的微 的各种力矩平衡的问题，认为依赖于指向矢导数的 分方程和边界条件，详细研究了表面弹性能K，，项 展一弯曲表面项和稳定的高阶弹性项，仅导致微观上 对磁场作用下的弱锚定向列液晶盒产生的物理效 接近边界的薄区内的液晶指向矢形变，因此没有