向列液晶表面弹性自由能K13项的物理效应及实验检测

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向列液晶的表面弹性自由能是目前表面物理学的一个研究热点,它源自于自由能的表达式中是否包含有(δn)2项。现存在有两种理论:一种是Pergamenshchik理论,另一种是Faetti理论。两者的差异体现在边界条件的不同。Stallinga[Phys.Rev.E 53,1701(1996)]采用ECB盒作了详细的理论计算并与实验比较来确定哪种理论正确,关键是K13是否为零。但他们给出所比较的物理量都有一定的不确定性,并且没有同时考虑如挠曲电效应等同量级的其它效应,因此不能判定K13是否为零。我们根据Pergamenshchik[Phys.Rev.E48,1265(1993)]给出的表面弹性能的形式,详细研究了磁场作用下的弱锚定向列液晶盒,且采用较为严格的数学过程。本文提出了三种测量K13项的方案:(1)在保证外磁场平行于基板和外磁场垂直于基板的液晶盒都发生Fr(?)edericksz二级转变的情况下,k值(k=K13/K11)可由这两个阈值场强来测得。(2)K13项的存在可能改变阈值点和饱和点的Fr(?)edericksz转变的性质,由一级变为二级转变或相反,且给出了发生一级转变的条件。(3)取不同的k值,相对光延量和约化场强的曲线相交于一点,可以看出k值对交点的斜率很敏感。这些结果都有助于我们设计实验模型来检验K13项是否存在。我们认为利用转变的性质(一级转变还是二级转变)可明白无误的判定K13项,于是提出一个测定K13的实验方案:对于上下基板不平行的液晶盒,由阈值点处的三次转变(一次为二级转变,另外的两次为一级转变)相关量的测量,经计算便可求出k值。
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