najoNanosystems: Physics, Chemistry, MathematicsНаносистемы: физика, химия, математика2220-80542305-7971Университет ИТМОnajo-1183Research ArticlePHYSICSФИЗИКАEffect of electric field on the structure of the ferroelectric chevron smectics C*Влияние электрического поля на структуру сегнетоэлектрических шевронных смектиков C*РомановВ. П.RomanovV. P.

Санкт-Петербург

Department of Physics

Saint Petersburg

vpromanov@mail.ruУльяновС. В.UlyanovS. V.

Санкт-Петербург

Saint Petersburg

ulyanov_sv@mail.ruЧернякК. Г.ChernyakK. G.

Санкт-Петербург

Department of Physics

Saint Petersburg

spiritus00@gmail.comСанкт-Петербургский государственный университетSaint Petersburg State UniversityСанкт-Петербургский государственный университет; Санкт-Петербургский торгово-экономический институтSt. Petersburg Institute Commerce and Economics201118082025247899Copyright © Romanov V.P., Ulyanov S.V., Chernyak K.G., 20252025Романов В.П., Ульянов С.В., Черняк К.Г.Romanov V.P., Ulyanov S.V., Chernyak K.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nanojournal.ifmo.ru/jour/article/view/1183

We study the director orientation and variation of the layered structure of the chevron ferroelectric smectic C* in a bounded cell in presence of an external electric field. The spatial distribution of the director was calculated in systems possessing the orientational bistability. We analyze the transition between two equilibrium configurations in weak electric fields when the magnitude and direction of the field are changed. The transition has the form of a hysteresis loop. The value of the threshold field leading to the reorientation of the director was estimated. The variation of the layered structure occurs in strong fields when the contribution of the quadratic term of the field to the free energy is essential. In this case the spatial and orientational structure of smectic C* was obtained for different ratios between the principal values of the permittivity tensor. It was shown that in some cases the increase of the external field should lead to the transition from the chevron to the "bookshelf" structure.

Проведено теоретическое описание ориентации директора и слоевой структуры шевронного сегнетоэлектрического смектика 𝐶∗ в ограниченной ячейке во внешнем электрическом поле. В подобных системах, обладающих ориентационной бистабильностью, были рассчитаны пространственные распределения директора. В слабых электрических полях описан переход между двумя равновесными конфигурациями при изменении величины и направления внешнего поля, который имеет характер гистерезиса. Оценена величина порогового поля, приводящего к переориентации директора. Расчеты показали, что изменение слоевой структуры происходит лишь в сильных полях, когда нельзя пренебрегать квадратичным по полю вкладом в свободную энергию. В этом случае была рассчитана пространственная и ориентационная структура шевронного смектика 𝐶∗ при различных соотношениях между главными значениями тензора диэлектрической проницаемости. Показано, что в некоторых случаях увеличение внешнего поля должно приводить к переходу к структуре «книжной полки».

шевронный сегнетоэлектрический смектиктонкие пленкибистабильностьпороговые поляChevron ferroelectric smecticthin filmsbistabilitythe threshold fieldsРабота выполнена при поддержке гранта 0.37.138.2011 по программе развития СПбГУ.ReferencesRieker T.P., Clark N.A., Smith G.S., Parmar D.S., Sirota E.B., Safinya C.R. // Phys. Rev. Lett. — 1987. — V. 59. — P. 2658.Rieker T.P., Clark N.A., Smith G.S., Parmar D.S., Sirota E.B., Safinya C.R. // Phys. Rev. Lett. — 1987. — V. 59. — P. 2658.Clark N.A., Rieker T.P. // Phys. Rev. A – 1988. — V. 37. — P. 1053 .Clark N.A., Rieker T.P. // Phys. Rev. A – 1988. — V. 37. — P. 1053 .Nakagawa M. // Mol. Cryst. Liq. Cryst. — 1989. — V. 174. — P. 65 .Nakagawa M. // Mol. Cryst. Liq. Cryst. — 1989. — V. 174. — P. 65 .Limat L. // J. Phys. II. — 1995. — V. 5. — P. 803 .Limat L. // J. Phys. II. — 1995. — V. 5. — P. 803 .Diaz A., McKay G., Mottram N. // Phys. Rev. E – 2007. — V. 76. — 041705 .Diaz A., McKay G., Mottram N. // Phys. Rev. E – 2007. — V. 76. — 041705 .Kralj S., Sluckin T.J. // Phys. Rev. E. — 1994. — V. 50. — P. 2940.Kralj S., Sluckin T.J. // Phys. Rev. E. — 1994. — V. 50. — P. 2940.Vaupotic N. , Kralj S., Copic M., Sluckin T.J. // Phys. Rev. E. — 1996. — V. 54. — P. 3783 .Vaupotic N. , Kralj S., Copic M., Sluckin T.J. // Phys. Rev. E. — 1996. — V. 54. — P. 3783 .Vaupotic N. , Copic M. // Phys. Rev. E. — 2003. — V. 68. — 061705 .Vaupotic N. , Copic M. // Phys. Rev. E. — 2003. — V. 68. — 061705 .Shalaginov A.N., Hazelwood L.D., Sluckin T.J. // Phys. Rev. E. — 1998. — V. 58. — P. 7455 .Shalaginov A.N., Hazelwood L.D., Sluckin T.J. // Phys. Rev. E. — 1998. — V. 58. — P. 7455 .Shalaginov A.N., Hazelwood L.D., Sluckin T.J. // Phys. Rev. E. — 1999. — V. 60. — P. 4199 .Shalaginov A.N., Hazelwood L.D., Sluckin T.J. // Phys. Rev. E. — 1999. — V. 60. — P. 4199 .Beldon S.M., Mottram N.J., Elston S.J. // Mol. Cryst. Liq. Cryst. — 2001. — V. 365. — P. 729.Beldon S.M., Mottram N.J., Elston S.J. // Mol. Cryst. Liq. Cryst. — 2001. — V. 365. — P. 729.Willis P.C., Clark N.A., Safinya C.R. // Liq. Cryst. — 1992. — V. 11. — P. 581.Willis P.C., Clark N.A., Safinya C.R. // Liq. Cryst. — 1992. — V. 11. — P. 581.Vaupotic N., Grubelnik V., Copic M. // Phys. Rev. E. — 2000. — V. 62. — P. 2317.Vaupotic N., Grubelnik V., Copic M. // Phys. Rev. E. — 2000. — V. 62. — P. 2317.Cluzeau P., Barois P., Nguyen H.T. // Eur. Phys. J. E. — 2002. — V. 7. — P. 23.Cluzeau P., Barois P., Nguyen H.T. // Eur. Phys. J. E. — 2002. — V. 7. — P. 23.Bryant G.K., Gleeson H.F. // Ferroelectrics – 1998. — V. 214. — P. 35.Bryant G.K., Gleeson H.F. // Ferroelectrics – 1998. — V. 214. — P. 35.Gleeson H.F., Bryant G.K., Morse A.S. // Mol. Cryst. Liq. Cryst. — 2001. — V. 362. — P. 203.Gleeson H.F., Bryant G.K., Morse A.S. // Mol. Cryst. Liq. Cryst. — 2001. — V. 362. — P. 203.Clark N.A., Coleman D., Maclennan J.E. // Liq. Cryst. — 2000. — V. 27(7). — P. 985.Clark N.A., Coleman D., Maclennan J.E. // Liq. Cryst. — 2000. — V. 27(7). — P. 985.Watson S.J., Matkin L.S., Baylis L.J., Bowring N., Gleeson H.F., Hird M., Goodby J. // Phys.Rev E. — 2002. — V. 65. — 031705.Watson S.J., Matkin L.S., Baylis L.J., Bowring N., Gleeson H.F., Hird M., Goodby J. // Phys.Rev E. — 2002. — V. 65. — 031705.Hamaneh M.B., Gleeson H.F., Taylor P.L. // Phys. Rev. E. — 2003. — V. 68. — 051704.Hamaneh M.B., Gleeson H.F., Taylor P.L. // Phys. Rev. E. — 2003. — V. 68. — 051704.De Gennes P. G., Prost J. The Physics of Liquid Crystals. — Oxford: Clarendon Press, 1993. – 597 p.De Gennes P. G., Prost J. The Physics of Liquid Crystals. — Oxford: Clarendon Press, 1993. – 597 p.Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория упругости. — М.: Наука, 1986.Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория упругости. — М.: Наука, 1986.Brown C.V., Jones J.C. // J. of Appl. Phys. — 1999. — V. 86(6). — P. 3333.Brown C.V., Jones J.C. // J. of Appl. Phys. — 1999. — V. 86(6). — P. 3333.Bateman H., Erdelyi A. Higher transcendenatal functions. — Mc Graw-Hill Book Company, 1953.Bateman H., Erdelyi A. Higher transcendenatal functions. — Mc Graw-Hill Book Company, 1953.Korn G.A., Korn T.M. Mathematical handbook for scientists and engeneers. — Dover Publication, 2000.Korn G.A., Korn T.M. Mathematical handbook for scientists and engeneers. — Dover Publication, 2000.Clark N.A., Lagerwall S.T. // Appl.Phys.Lett. — 1980. — V. 36(11). — P. 899.Clark N.A., Lagerwall S.T. // Appl.Phys.Lett. — 1980. — V. 36(11). — P. 899.Jones J.C., Raynes E.P. // Liq. Cryst. — 1990. — V. 11(2). — P. 199.Jones J.C., Raynes E.P. // Liq. Cryst. — 1990. — V. 11(2). — P. 199.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.