00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IF - INSTITUTO DE FÍSICA Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IF
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Tipo: Tese
Título: Efeitos de superfície nas propriedades térmicas e dinâmicas de filmes de cristais líquidos esméticos.
Título(s) alternativo(s): Surface effects on the thermal and dynamical proprieties of smectic liquid crystal filmes.
Autor(es): Oliveira, Italo Marcos Nunes de
Primeiro Orientador: Lyra, Marcelo Leite
metadata.dc.contributor.referee1: Moura, Francisco Anacleto Barros Fidelis de
metadata.dc.contributor.referee2: Araujo, Maria Tereza de
metadata.dc.contributor.referee3: Figueiredo Neto, Antonio Martins
metadata.dc.contributor.referee4: Moraes, Fernando Jorge Sampaio
Resumo: As propriedades térmicas e dinâmicas de filmes de cristais líquidos na fase esmética são extremamente dependentes das condições de contorno e da presença de campos externos. Utilizando diferentes modelagens teóricas e a técnica de espectroscopia de fotocorrelação, estudamos como as condiçõoes de contorno e a presença de um campo externo afetam a dinâmica de relaxação, a energia de interação induzida por flutuações e as transições de fase envolvendo a fase esmética. Utilizando uma extensão para o modelo de McMillan, estudamos como o ancoramento homeotrópico estabiliza a ordem esmética acima da temperatura de transição do sistema. Em particular, determinamos como a temperatura de transição depende da intensidade do ancoramento superficial e da espessura do filme. Identificamos um ancoramento característico para o qual a temperatura de transição independe da espessura. Para ancoramentos fortes, observamos que a depend encia da temperatura de transição com a espessura do filme segue aproximadamente uma lei de potência, em concordância com uma série de resultados experimentais existentes na literatura. Baseado em uma teoria funcional Gaussiana para o funcional energia livre, investigamos tamb´em como a força induzida por flutuações esméticas depende do perfil dos parâmetros de ordem nemático e esmético. Nas proximidades da transição nemática esmética, nossos resultados indicam que a força de Casimir térmica cresce significativamente, podendo ser mais relevante que a força de van der Waals usual. Em temperaturas onde a fase esmética é bem estabelecida, investigamos como a competição entre a ordem superficial e a ordem induzida por um campo externo se reflete nas características da força de Casimir. Obtivemos que, para filmes com ancoramentos superficiais assimétricos, a força de Casimir térmica obedece a uma lei de estados correspondentes e pode mudar sua natureza de atrativa para repulsiva através de variações de um campo externo. Discutimos como este comportamento pode influenciar as transições de umedecimento da fase esmética. No que diz respeito às propriedades dinâmicas, investigamos como operadores de superfície modificam a dinâmica de relaxação de filmes na fase hexática-B. Em particular estudamos como um campo de ordenamento superficial modifica a taxa de amortecimento dos modos orientacionais do sistema. Num regime puramente difusivo, nós demonstramos que uma ordem superficial com o vetor diretor não paralelo à direção normal das camadas faz com que os modos de relaxação tornem-se não-hidrodinâmicos. No regime viscoso, sempre existirão modos hidrodinâmicos e a dinâmica de relaxação é sempre lenta. Entretanto, os modos normais podem apresentar um decaimento oscilatório. Por fim, usamos a técnica de espectroscopia de fotocorrelação para investigar as propriedades dinâmicas de filmes livremente suspensos nas proximidades da transição esmética-A - cristal-B. Observamos que os dados experimentais indicam a existência de um modo não-hidrodinâmico e medimos a dependência da taxa de relaxação com a temperatura. Propusemos um modelo que incorpora a influência do gradiente do campo de velocidades que reproduz qualitativamente as observações experimentais.
Abstract: The thermal and dynamical properties of free-standing films are strongly dependent on the boundary conditions and the presence of an external field. Using distinct theoretical models and the dynamic light scattering experimental setup, we study the surface and external field effects on the relaxation dynamics, fluctuation-induced interaction energy, and phase transitions of smectic films. Using an extended McMillan model, we study as a homeotropic anchoring stabilizes the smetic order above the bulk transition temperature of the system. In particular, we determine as the transition temperature depends on the surface ordering and film thickness. We identify a characteristic anchoring for which the transition temperature does not depend on the film thickness. For strong surface ordering, we observe that the transition temperature presents a power law scaling behavior with the film thickness, in agreement with a series of existing experimental results in the literature. Within a Gaussian functional approximation, we also investigate how the fluctuationinduced interaction force depends on the nematic and smectic order parameter profiles. Close to nematic-smectic phase transition, our results indicate that the thermal Casimir force has a significant enhancement which reinforces the predominance of the fluctuationinduced interaction as compared to standard van der Waals interaction in thin smectic films. In temperatures where the smectic phase is well established, we investigate how the interplay of the surface order and the external field induced order affect the Casimirlike force. For asymmetrically anchored films, the fluctuation-induced interaction energy obeys a law of corresponding states and can change its nature from attractive to repulsive through variations of an external field. We discuss the possible relevance of this field effect in smectic wetting transitions. With concern to the dynamical properties, we investigate how surface operators modify the relaxation dynamics of hexatic-B liquid crystal films. In particular, we study how a surface ordering field modifies the damping rate of the orientational modes in the system. In a purely diffusive regime, we demonstrate that a surface tilted order drives the slowest relaxation mode from hydrodynamical to non-hydrodynamical character. In the viscous regime, the hydrodynamical character of the slowest relaxation mode persists even for a surface tilted order. However, the normal modes develop an oscillatory-exponential relaxation. Finally, we use the photon correlation spectroscopy technique to investigate the dynamic properties of free-standing films close to smectic-A - crystal-B transition. We observe that the experimental data indicate the existence of a non-hydrodynamic mode and measure the temperature dependence of the damping rate. We considered a simplified model that incorporates the gradient velocity field effects which reproduces qualitatively the experimental measurements.
Palavras-chave: Liquid crystal
Long-range forces
relaxation dynamics
Phase tramitions
Light scattering
Cristais líquidos
Força de longo alcance
Dinâmica de relaxação
Transição de fase
Teoria do espalhamento
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Idioma: por
País: BR
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.department: Física geral; Física teórica e computacional; Mecânica estatística; Ótica; Ótica não linear; Proprie
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Física da Matéria Condensada
Citação: OLIVEIRA, Italo Marcos Nunes de. Surface effects on the thermal and dynamical proprieties of smectic liquid crystal filmes.. 2007. 169 f. Tese (Doutorado em Física geral; Física teórica e computacional; Mecânica estatística; Ótica; Ótica não linear; Proprie) - Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2007.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://repositorio.ufal.br/handle/riufal/1011
Data do documento: 3-ago-2007
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