Холестерические жидкие кристаллы

Холестерические жидкие кристаллы (ХЖК), холестерики — жидкие кристаллы со спиральными молекулами, в них отсутствует центральная симметрия, они имеют свойство хиральности.

Холестерический жидкий кристалл

Холестерическая фаза существует только у веществ, молекулы которых не обладают зеркальной симметрией. Поэтому холестерик при нагревании или охлаждении не может стать ни нематиком, ни смектиком.

Физические свойства холестериков

Поворот директора на 180° в холестерической фазе, соответствующее расстояние — это полупериод, p/2

Локально, на расстоянии порядка нескольких молекулярных длин, холестерический жидкий кристалл имеет такую же структуру, как нематики. Молекулы преимущественно ориентированы вдоль директора, пространственная периодичность в их центрах тяжести отсутствует. Однако директор не имеет постоянного направления в пространстве: существует направление, называемое холестерической осью, при движении вдоль которой направление директора периодически меняется. Возникающая структура является спиральной (она показана на рисунке).

Если считать, что ось холестерической спирали совпадает с осью ${\displaystyle Z}$ декартовой системы координат, то директор будет иметь компоненты:

${\displaystyle n_{x}=\cos(q_{0}z+j_{0})}$,

${\displaystyle n_{y}=\sin(q_{0}z+j_{0})}$,

${\displaystyle n_{z}=0}$,

где угол ${\displaystyle j_{0}}$ характеризует ориентацию в плоскости ${\displaystyle Z=0}$. Из этой формулы видно, что директор вращается вдоль оси ${\displaystyle Z}$ с периодом ${\displaystyle P=2\pi /q_{0}}$, но, поскольку состояния с ${\displaystyle {\vec {n}}}$ и ${\displaystyle -{\vec {n}}}$ неразличимы, истинный период повторяемости структуры холестерика равен ${\displaystyle \pi /q_{0}}$. Эта величина обычно лежит в интервале от долей микрона до нескольких микрон.

Голубые фазы

Если шаг холестерической спирали велик — порядка нескольких микрон, — то при нагревании ХЖК превращается в изотропную жидкость. Если же шаг холестерической спирали мал — порядка долей микрона, — то изотропная жидкость не может при охлаждении сразу стать холестериком. В узком интервале температур, от долей градуса до нескольких градусов, система проходит через ряд промежуточных фаз и только затем становится холестериком. Эти промежуточные фазы носят название голубых фаз, поскольку при освещении белым светом холестерики в этих фазах сбоку выглядят ярко-голубыми.

Физическая природа и структура голубых фаз до конца не выяснены. В настоящее время это один из интересных объектов исследования в физике жидких кристаллов.

См. также

• Жидкие кристаллы
• Нематические жидкие кристаллы
• Смектические жидкие кристаллы

Литература

• Мякишев, Г. Я. Физика : Молекулярная физика. Термодинамика : 10 кл. : Учебн. для углублённого изучения физики. / Г. Я. Мякишев, А. 3. Синяков. — 4-е изд. — М. : Дрофа, 2001. — С. 175–176. — 352 с. : ил. — ББК 22.317я721. — УДК 373.167.1:53^(G). — ISBN 5-7107-3554-X.