Misurare la polarizzazione ferroelettrica magneticamente-sintonizzati in cristalli liquidi
Summary
In questo rapporto, presentiamo un protocollo per esaminare effetti magnetoelettrici diretti, cioè, induzione di polarizzazione ferroelettrica mediante l’applicazione di campi magnetici, a cristalli liquidi. Questo protocollo fornisce un approccio unico, supportato dalla morbidezza dei cristalli liquidi, per raggiungere la temperatura ambiente magnetoelectrics.
Abstract
Materiali da fenomeni di accoppiamento tra magnetismo ed elettricità (ferro), cioè, magnetoelettrici effetti, hanno attirato molta attenzione a causa dei loro potenziali applicazioni per tecnologie per i futuri dispositivi come sensori e deposito. Tuttavia, gli approcci convenzionali, che di solito utilizzano materiali contenenti ioni metallici magnetici (o radicali), hanno un grave problema: solo pochi materiali sono stati trovati per mostrare i fenomeni di accoppiamento a temperatura ambiente. Recentemente, abbiamo proposto un nuovo approccio per raggiungere temperatura magnetoelectrics. In contrasto con gli approcci convenzionali, la nostra proposta alternativa si concentra su un materiale completamente diverso, “cristalli liquidi”, esenti da ioni di metallo magnetici. In tali cristalli liquidi, un campo magnetico può essere utilizzato per controllare lo stato orientativo delle molecole costituenti e la polarizzazione elettrica corrispondente attraverso anisotropia magnetica delle molecole; è un meccanismo senza precedenti dell’effetto multifrequenziali. In questo contesto, la carta fornisce un protocollo per misurare le proprietà ferroelettriche indotte da un campo magnetico, vale a dire l’effetto magnetoelettriche diretto, in un cristallo liquido. Con il metodo descritto qui, abbiamo rilevato correttamente sintonizzato magneticamente polarizzazione elettrica nella fase chirale smettiche C a cristalli liquidi a temperatura ambiente. Insieme con la flessibilità delle molecole costituenti, che interessa direttamente le risposte magnetoelettrici, il metodo introdotto servirà a consentire alle cellule di cristalli liquidi di acquisire ulteriori funzioni come temperatura magnetoelectrics e associati materiali ottici.
Introduction
Ricerca sul magnetoelettriche (ME) effetto, l’induzione di polarizzazione elettrica (magnetizzazione) da un campo magnetico (elettrico), è stata focalizzata verso i nuovi tipi di applicazioni come sensori e tecnologie di archiviazione. Con recenti studi su di ME multiferroici1,2,3,4, i sistemi di destinazione nel campo di ME studio sono estese ai vari tipi di materiali allo stato solido, tra cui organici, inorganici, e Quadri di metallo-organici, utilizzando giunti spin-reticolo destramente5,6,7,8,9. Tuttavia, operazione di temperatura, che deve essere compiuta per utilizzazione pratica di ME materiali con loro ME giunti, è ancora un problema impegnativo, e un numero molto limitato di materiali monofase è stato segnalato come temperatura magnetoelectrics ad oggi10.
Cristalli liquidi, che possiedono un ordine orientazionale, a volte con una parziale posizionale, sono stati esaminati anche per quanto riguarda ME materiali in anni recenti11,12,13,14, 15. uno dei vantaggi dei cristalli liquidi come ME materiali è la loro temperatura di funzionamento, come fasi di cristalli liquidi sono in genere stabilizzati intorno a temperatura ambiente. Un esempio di ME cristalli liquidi segnalati finora è un composito tra nano-piastrine magnetiche con anisotropia magnetica perpendicolare e cristalli liquidi che mostra la fase nematica, noto come la fase più semplice di cristalli liquidi solo possedendo unidimensionale ordine orientazionale15. Essa mostra il contrario mi effetto, l’induzione di magnetizzazione di un campo elettrico, attraverso la manipolazione di campo elettrico della piastrina accoppiata e orientamenti molecolari.
Più recentemente, un’altra strategia unica per stabilire il programma ME effetto a cristalli liquidi è stato proposto16. Il focus di questa strategia è quello di creare una fase di C (SmC *) smettici chirali con ordine posizionale unidimensionale, risultante in una struttura diffusa strato chiamata lo strato smettiche. Una caratteristica della fase di SmC è che un vettore di orientamento molecolare n è accoppiato con un momento di dipolo elettrico locale p. Questa correlazione è fornita dalla combinazione di inclinato orientamento delle molecole costituenti asta-come per quanto riguarda lo smettiche strato normale n0 e la chiralità indotta specchio (e inversione) rottura di simmetria nelle molecole. Dal punto di vista delle simmetrie, il primo cambia la simmetria da D∞h (la cosiddetta fase di SmA, Figura 1A) in C2h (la cosiddetta SmC fase, Figura 1B) e la quest’ultimo rompe la simmetria di specchio di C2h affinché la simmetria è ridotta in C2 (fase di SmC *, vedere ogni strato in Figura 1). In ogni SmC * strato, è consentita la presenza di polarizzazione finiti lungo l’asse di2 C, che è normale sia n0 e n. Il forte accoppiamento tra n e p è essenziale per la ferroelettricità in cristalli liquidi. Nella fase di SmC *, n allinea in modo elicoidale attraverso strati (Figura 1), e quindi non c’è nessuna polarizzazione macroscopici. Ferroelettricità in tali cristalli liquidi è ottenuta utilizzando forti effetti di superficie, che stabilizzano lo stato orientato in modo omogeneo di n noto come un superficie-stabilizzato ferroelettrici cristalli liquidi (SSFLC) stato (Figura 1). Si deve osservare che l’inversione di polarizzazione ferroelettrica sempre accompagna una commutazione degli Stati bi-stabile orientamento attraverso l’accoppiamento tra n e p17. Come l’effetto inverso, un cambiamento nell’orientamento molecolare della fase di SmC dovrebbe dar luogo a un cambiamento nella polarizzazione elettrica. Attraverso anisotropia magnetica causata da giri su elementi magnetici e/o anelli aromatici in molecole di cristalli liquidi e la flessibilità di n in uno stato di cristalli liquidi a causa di interazioni molecolari più debole rispetto a uno stato solido cristallo, n è sintonizzabile anche da un campo magnetico. Così, la fase di SmC può essere trasformata in uno stato in modo omogeneo orientato magnetica indotta da campo simile a uno stato SSFLC. Dunque, il diretto ME effetto, l’induzione di polarizzazione elettrica da un campo magnetico, è realizzato come lo sviluppo della polarizzazione elettrica macroscopica è indotta da un allineamento omogeneo di n accoppiato con p, in tutti gli strati.
Introduciamo le procedure per preparare cellule a cristalli liquidi per l’indagine di ME giunti e metodologie per rilevare il ME effetto. Un metodo per la preparazione delle celle a cristalli liquidi è stata segnalata in dettaglio in precedenza18. Qui, abbiamo modificato questo metodo per ME e dielettrico misurazioni. Con il metodo descritto qui, abbiamo rilevato magneticamente-sintonizzati polarizzazione elettrica, vale a dire la diretta ME effetto, a cristalli liquidi che mostra la fase di SmC a temperatura ambiente.
Protocol
Representative Results
Discussion
I risultati sperimentali hanno mostrato che i metodi descritti qui con successo ha dimostrato il ME giunto a cristalli liquidi. Osservati effetti magneto-dielettrico e ME possiamo essere associati con la transizione orientativo di orientazione molecolare in una struttura a strati smettiche fisso. Tuttavia, il livello normale direzione n0 nella struttura strato può essere cambiato anche applicando un campo magnetico attraverso anisotropia magnetica. Ciò è perché le molecole preferi…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ringraziamo la Prof. ssa Takanishi per il suo aiuto nel nostro esperimento. Ringraziamo anche DIC Corporation per fornire i composti studiati qui. Questo lavoro è stato supportato dalla sovvenzione per i compagni di JSP (16J02711), JSP KAKENHI Grant numero 17H 01143 e il programma per le principali scuole laureate “Programma interattivo materiali Cadet”.
Materials
| Material | |||
| Compound 1: Figure 4(A) | DIC Co., Ltd. | –N/A | PYP-8O8 |
| Compound 2: Figure 4(B) | DIC Co., Ltd. | N/A | PYP-10O10F |
| ITO-coated glass substrates | Sigma-Aldrich Inc. | 703192-10PK | |
| Detergent | Wako Pure Chemical Industries, Ltd. | 031-10401 | |
| Alignment layer planer | JSR Co., Ltd. | AL1254 | |
| Spacer | Teijin Film Solutions Co., Ltd. | Q51-12 | |
| Glue | Huntsman Inc. | ARALDITE RT30 | For gluing two substrates |
| Glue | M&I Materials ltd. | Apiezon H Grease | For gluing a cell and homemade insert |
| Silver paste | Fujikura Kasei Co., Ltd. | D-753 | |
| Equipment | |||
| Ultrasonic cleaner | AS ONE Corp. | AS52GTU | |
| Spin coater | Mikasa Co. Ltd. | 1H-D7 | |
| Polarized optical microscope | Nikon Co., Ltd. | ECLIPSE LV100N POL | |
| Short-pass filter | Thorlabs Inc. | FB600-40 | |
| Optical spectrometer | Ocean Optics Inc. | USB2000+UV-VIS | |
| Differential thermal analyzer | Rigaku Co., Ltd. | Thermo plus EVO2 | |
| Superconducting magnet | Quantum Design Inc. | PPMS | |
| LCR meter | Keysight Technologies Ltd. | E4980A | |
| Electrometer | Keithley Instruments Inc. | 6517A |
Referencias
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