Alexey B. Eremin

Physical characterization of smectic liquid csystals formed by bent-shaped molecules

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 14.02.2003

Abstract
Flüssigkristalle sind außergewöhnliche Systeme sowohl für die experimentelle und theoretische Forschung als auch für die technische Anwendung. Flüssig-kristalline Materialien bilden eine reiche Vielfalt von Mesophasen aus, deren Symmetry zwischen den Systemen .niedrigster. Symmetrie, den Flüssigkeiten, und den Systemen höchster Symmetrie, den dreidimensional periodischen Kristallen liegt. Im Gegensatz zumKristall, dessen Ordnung durch den Wettstreit zwischen Energie und Entropie entsteht, werden Umwandlungen zwischen flüssig-kristallinen Phasen von der Entropie bestimmt.
Das Ziel meiner Dissertation ist die Strukturaufklärung und physikalische Charakterisierung von neuen Mesophasen, die sich von gebogenen Molekülen ableiten. Die physikalische Charakterisierung der neuen Mesophasen war nicht das einzige Ziel dieser Arbeit. Es sollte auch geklärt werden, welchen Einfluß die Biegung der Moleküle auf die Bildung von "Bananenphasen" hat. Insbesondere wurden Umwandlungen von üblichen smektischen Phasen in "Bananenphasen" eingehend studiert. Außerdem wurden theoretische Untersuchungen zur Simulation der Röntgendiagramme durchgeführt, die von smektischen Phasen stäbchenförmiger und gebogener Moleküle erhalten werden. Bei diesen Simulationen wurde der Einfluß des Neigungswinkels und des Biegungswinkels auf die Topologie der Röntgendiagramme untersucht.

Liquid crystals are extraordinary and challenging systems for both theoretical and experimental research as well as technological applications. A rich variety of mesophases exhibited by liquid crystalline materials shows symmetries intermediate between those of the highest symmetry homogeneous isotropic liquid and the lowest symmetry three-dimensional periodic crystals. In contrast to solid-state systems, whose ordering is driven by energy-entropy competition, liquid-crystal phase transitions are of predominantly entropic origin.
Recently a new class of liquid crystalline materials those formed by bent-shaped molecules, has become one of the topical field in current liquid crystalline research. In contrast to the rod-like mesogens (calamitics) the bent-shaped molecules possess a strong sterical moment. Thereby such compounds tend to exhibit various mesophases not typical for calamitics, for example, chiral ferro- and antiferroelectric phases formed by achiral molecules.
The aim of my thesis is structural determination and physical characterization of new mesophases formed by bent-shaped molecules. Physical characterization of the new mesophases was not the only goal of this work. Much effort has been applied to investigate the influence of the molecular bending on the formation of the ihbananalt phases. In particular, the transitions from the conventional smectic mesophases into the mesophases characteristic for the bent-shaped compounds have been thoroughly studied.

Keywords:
Flüssigekristalle, Ferroelektrics, Gebogene mesogenen

liquid crystals, ferroelectrics, bent-core mesogens

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Inhaltsverzeichnis
Title page, Publications, Contents (i-ii,1-2)
1 Introduction (3-8)
2 Experimental techniques (9-25)
3 Simulation of the X-ray scattering by fiber samples (26-40)
4 Spontaneous chiral ordering in the nematic phase (41-44)
5 Orthogonal phases: SmA and SmAP (45-54)
6 SmCP phase formed from isotropic or nematic phases (55-61)
7 Paraelectric - ferroelectric transition SmC -> SmCP (62-71)
8 Polymorphic SmCP phases (72-84)
9 Polymorphic B5 phases (85-98)
10 Ferroelectric SmCPF phase (99-105)
11 SmCG -> SmCP transition (106-116)
12 Switching between the states of opposite chirality (117-119)
Summary / Zusammenfassung (120-125)
Bibliography (126-130)
Appendix (134-136)