Հեղուկ բյուրեղների խմբերը

Հեղուկ բյուրեղները (ՀԲ) նյութեր են, որոնք միջանկյալ վիճակ են զբաղեցնում պինդ բյուրեղների և իզոտրոպ հեղուկների միջև։ Հեղուկ բյուրեղական վիճակում գտնվող նյութը հեղուկների նման հոսուն է, ընդունում է այն անոթի ձևը, որում գտնվում է, բայց միևնույն ժամանակ պինդ բյուրեղների նման օժտված է մեխանիկական, էլեկտրական, մագնիսական, օպտիկական անիզոտրոպիայով։ Այս նյութերի ամենաբնորոշ առանձնահատկություններից մեկն այն է, որ արտաքին ազդեցությունների առկայության շնորհիվ հնարավոր է փոփոխել մոլեկուլների դասավորվածությունը, այսինքն կառավարել հեղուկ բյուրեղի հատկությունները։

Հեղուկ բյուրեղների խմբերը

Հեղուկ բյուրեղները բաժանվում են երկու մեծ խմբի՝

1. Թերմոտրոպ ՀԲ, որոնք ձևավորվում են պինդ նյութի տաքացման հետևանքով և գոյություն ունեն ջերմաստիճանի ու ճնշման որոշակի ինտերվալում։
2. Լիոտրոպ ՀԲ, որոնք իրենցից ներկայացնում են երկու կամ ավելի բաղադրիչներից բաղկացած համակարգեր, և որոնցում հեղուկ բյուրեղը պինդ նյութից կամ իզոտրոպ հեղուկից ստացվում է այդ բաղադրիչներից որևէ մեկի կոնցենտրացիայի փոփոխման միջոցով։

Թերմոտրոպ ՀԲ-ները բաժանվում են երեք մեծ խմբի՝ նեմատիկ, սմեկտիկ, խոլեստերիկ։

Նեմատիկ հեղուկ բյուրեղներ

Նեմատիկ հեղուկ բյուրեղներում մոլեկուլների ծանրության կենտրոնների համար հեռավոր կարգը բացակայում է, սակայն գոյություն ունի կողմնորոշումային կարգավորվածություն։ Նեմատիկ ՀԲ-ի մոլեկուլները ազատ կարող են տեղաշարժվել իրենց երկար առանցքների ուղղությամբ՝ պտտվելով այդ առանցքների շուրջ։ Մոլեկուլների երկար առանցքների կողմնորոշման գերադասելի ուղղությունը, որը որոշվում է արտաքին պայմաններով, կոչվում է նեմատիկի դիրեկտոր։ Այսպիսով կարելի է ասել, որ նեմատիկ հեղուկ բյուրեղը միառանցքանի բյուրեղ է, որի առանցքը ուղղված է նեմատիկի դիրեկտորի ուղղությամբ և, ի տարբերություն սովորական բյուրեղների, այն հեշտությամբ կարելի է կառավարել արտաքին ազդեցությունների միջոցով։

Սմեկտիկ հեղուկ բյուրեղներ

Սմեկտիկ հեղուկ բյուրեղները ավելի կարգավորված են, քան նեմատիկները։ Նրանք ունեն շերտավոր կառուցվածք։ Շերտերը կարող են ազատ տեղաշարժվել իրար նկատմամբ, սակայն նեմատիկի մոլեկուլները չեն կարող անցնել շերտից շերտ։ Յուրաքանչյուր շերտի հաստությունը մեկ մոլեկուլի երկարության կարգի է, ընդ որում շերտի ներսում մոլեկուլներն ունեն կողմնորոշումային կարգավորվածություն։ Տարբերվում են սմեկտիկ հեղուկ բյուրեղների մի քանի տեսակներ՝ A, B, C: A սմեկտիկներում մոլեկուլների երկար առանցքները ուղղահայաց են սմեկտիկի շերտերին։ B տիպի սմեկտիկում յուրաքանչյուր շերտի ներսում գոյություն ունի մոլեկուլների դասավորության հեռավոր դիրքային կարգ։ A և B փուլերը օպտիկապես միառանցք են։ C սմեկտիկում մոլեկուլների երկար առանցքները որոշակի անկյան տակ թեքված են սմեկտիկ հարթությունների նկատմամբ։ Այս հեղուկ բյուրեղները օպտիկապես երկառանցք են։

Խոլեստերիկ հեղուկ բյուրեղներ

Խոլեստերիկ հեղուկ բյուրեղները (ԽՀԲ) տեղայնորեն շատ նման են նեմատիկներին։ ԽՀԲ-ի մոլեկուլները ձգտում են իրենց հարևանների նկատմամբ պտտվել որոշակի փոքր անկյամբ, ինչի շնորհիվ էլ խոլեստերիկ հեղուկ բյուրեղները ունեն պարուրաձև կառուցվածք։ Առանձին հարթություններում ԽՀԲ-ը նույն նեմատիկ բյուրեղն է։ Խոլեստերիկի մոլեկուլները այդ հարթություններում իրենց երկար առանցքներով միջինում դասավորվում են մի ընդհանուր ուղղությամբ՝ դիրեկտորով։ Մի հարթությունից մյուսին անցնելիս ԽՀԲ-ի դիրեկտորը պտտվում է՝ ձևավորելով պարուրաձև կառուցվածք, ընդ որում յուրաքանչյուր հարթության մեջ մոլեկուլների երկար առանցքները ուղղված են պարույրի z առանցքին ուղղահայաց։ Դիրեկտորի՝ մի հարթությունից մյուսին անցնելու ժամանակ, ուղղության պտույտը կարելի է նկարագրել հետևյալ հավասարումների համակարգով՝

${\begin{aligned}n_{x}=cos({\frac {2\pi z}{P}})\qquad &n_{y}=sin({\frac {2\pi z}{P}})\qquad &n_{z}=0\end{aligned}}$

որտեղ P-ն այն տարածությունն է, որի վրա դիրեկտորը պտտվում է 360°-ով , և կոչվում է խոլեստերիկ հեղուկ բյուրեղի քայլ։

ԽՀԲ-ները դասակարգում են ըստ պարույրի պտույտի ուղղության, կամ խիրալության` աջ, եթե ԽՀԲ ուղղորդի ծայրակետի պտույտի ուղղությունը համապատասխանում է աջ պտուտակի կանոնին, կամ ձախ, եթե ԽՀԲ ուղղորդի ծայրակետի պտույտի ուղղությունը համապատասխանում է ձախ պտուտակի կանոնին։

Գրականություն

• Ռ. Ս. Հակոբյան “Հեղուկ բյուրեղների ֆիզիկա”, 2000
• L.M. Blinov and V.G. Chigrinov Electrooptic Effects in Liquid Crystal Materials. — Springer, 1994
• P.G. de Gennes and J. Prost The Physics of Liquid Crystals. 2nd Edition — Clarendon Press, Oxford, 1993
• Л. М. Блинов Жидкие кристаллы: Структура и свойства. — М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2013. — 480 с.