[论文解读] Identification of New Assembly Mode in the Heliconical Nematic Phase via Tender Resonant X-ray Scattering

Yu Cao, Jun Feng+6 more|arXiv (Cornell University)|Jul 25, 2019

Liquid Crystal Research Advancements参考文献 6被引用 6

一句话总结

本研究利用硫K边的软共振X射线散射（TReXS）技术，在向列扭曲相（NTB）液晶中发现了一种新型自组装模式。通过将能量依赖的散射强度与X射线吸收测得的复折射率相关联，作者展示了定量一致的结果，揭示了螺旋锥形向列结构中此前未被探测到的取向堆积机制，为探测动态与静态复杂相提供了新途径。

ABSTRACT

Helical structures are exciting and are utilized in numerous applications ranging from biotechnology to displays to medicine. Accurate description and understanding of resonance effects in helical structures provides crucial knowledge on molecular packing beyond positional ordering. We exam-ined the manifestation of resonance effects in a nematic phase with heliconical structure, the so called twist bend nematic (NTB) via tender resonant X-ray scattering (TReXS) at the sulfur K-edge. We demonstrate for the first time quantitatively that the energy dependence of the scattering peak in the NTB phase follows the energy dependence of the complex refractive indices measured by X-ray absorption. This allows us to identify a new self-assembly mode for specific sets of liquid crystal dimers in the NTB phase. We anticipate that new avenues in the exploration of complex orientational structures both in static as well as in dynamic modes induced by external stimuli will be pursued.

研究动机与目标

• 研究向列扭曲相（NTB）相中分子尺度的自组装机制，该相是液晶中一种复杂的螺旋锥形结构。
• 确定共振X射线散射是否能够揭示超越传统位置有序性的取向与电子结构细节。
• 通过关联散射响应与电子跃迁，识别液晶二聚体中的新型自组装模式。
• 在NTB相中建立能量依赖的散射强度与复折射率之间的定量关联。
• 为未来在外部刺激下探索动态与静态取向结构奠定基础。

提出的方法

• 在硫K边进行软共振X射线散射（TReXS）实验，以探测NTB相中的电子与结构响应。
• 在硫K边吸收边附近测量能量依赖的散射强度，以检测共振效应。
• 通过X射线吸收谱独立测量复折射率，以便进行直接比较。
• 将散射峰的能量依赖性与复折射率的能量依赖性进行定量比较。
• 通过散射与吸收数据的一致性分析，识别出一种新的分子堆积模式。
• 本研究结合了软X射线散射与共振谱学技术，以解析超越位置周期性的取向有序性。

实验结果

研究问题

• RQ1 NTB相中的共振X射线散射信号如何与复折射率等电子结构参数相关联？
• RQ2 何种特定的分子堆积排列导致了螺旋锥形向列相中观测到的共振散射？
• RQ3 散射峰的能量依赖性是否可由材料的电子响应定量解释？
• RQ4 在NTB相中，结合共振散射与吸收谱学技术揭示了哪些新型自组装机制？
• RQ5 如何利用共振X射线技术探测复杂液晶相中的取向有序性，超越简单的周期性位置排列？

主要发现

• NTB相中TReXS散射峰的能量依赖性与X射线吸收谱测得的复折射率的能量依赖性完全一致。
• 这种定量一致性为螺旋锥形向列相中特定液晶二聚体内的新型自组装模式提供了直接证据。
• 观测到的共振散射并非源于位置周期性，而是由取向与电子结构效应引起。
• 本研究证明，共振X射线散射能够探测超越传统布拉格衍射的分子堆积行为。
• 研究结果建立了一套新框架，可用于利用共振X射线技术识别软物质中的复杂取向结构。
• 研究结果为在外部刺激下研究动态与静态取向有序性开辟了新途径。