Холестерические жидкие кристаллы

Холестерические жидкие кристаллы (ХЖК, холестерики) — это жидкие кристаллы, обладающие свойством спиральности, то есть в них отсутствует центральная симметрия. Иными словами, ХЖК обладают хиральностью.

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

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 Z декартовой системы координат, то директор будет иметь компоненты:

n x = c o s ( q 0 z + j 0 ) {displaystyle n_{x}=cos(q_{0}z+j_{0})} , n y = s i n ( q 0 z + j 0 ) {displaystyle n_{y}=sin(q_{0}z+j_{0})} , n z = 0 {displaystyle n_{z}=0} ,

где угол j 0 {displaystyle j_{0}} характеризует ориентацию в плоскости Z = 0. Из этой формулы видно, что директор вращается вдоль оси Z с периодом P=2π/ q 0 {displaystyle q_{0}} , но, поскольку состояния с n → {displaystyle {vec {n}}} и − n → {displaystyle -{vec {n}}} неразличимы, истинный период повторяемости структуры холестерика равен π/ q 0 {displaystyle 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.