[论文解读] Intrinsically chiral ferronematic liquid crystals

Damian Pociecha, R. Walker+9 more|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2021

Liquid Crystal Research Advancements被引用 4

一句话总结

本研究报道了在侧链烷基链中引入手性中心的强偶极性介晶化合物的合成，该化合物形成具有本征手性的铁电向列相。手性分子在N相和NF相中诱导出螺旋结构，且螺旋手性相反；与非手性类似物相比，手性NF相的极性涨落弛豫频率降低，表明分子手性增强了集体动力学。

ABSTRACT

Strongly dipolar mesogenic compounds with a chiral center located in a lateral alkyl chain were synthesized, and shown to form the ferroelectric nematic phase. The presence of molecular chirality induced a helical structure in both the N and NF phases, but with opposite helix sense in the two phases. The relaxation frequency of the polar fluctuations was found to be lower for the chiral NF phase than for its achiral, non-branched counterpart with the same lateral chain length.

研究动机与目标

• 通过侧链烷基链中的手性中心设计并合成具有本征分子手性的介晶化合物。
• 研究这些手性体系中铁电向列相（N）和向列铁磁相（NF）的形成与性质。
• 确定本征分子手性如何影响向列相中的螺旋结构和集体动力学。
• 比较具有相同侧链长度的手性与非手性类似物中极性涨落的弛豫频率。

提出的方法

• 合成具有侧链烷基链中手性中心的强偶极性介晶化合物。
• 利用偏光显微镜和差示扫描量热法表征相行为。
• 测量介电弛豫谱，以确定N相和NF相中极性涨落的弛豫频率。
• 比较具有相同侧链长度的手性与非手性类似物的弛豫动力学。
• 结合结构和介电数据，分析N相和NF相中的螺旋手性。
• 利用X射线衍射和介电各向异性确认螺旋结构和铁电性的存在。

实验结果

研究问题

• RQ1 侧链烷基链中手性中心的存在如何影响铁电向列相的形成？
• RQ2 N相和NF相中的螺旋手性是什么？二者有何不同？
• RQ3 与非手性对应物相比，分子手性如何影响NF相中极性涨落的弛豫频率？
• RQ4 哪些结构和动力学特征证实了铁电向列体系的本征手性？
• RQ5 分子手性在多大程度上改变了向列液晶中的集体动力学？

主要发现

• 手性介晶化合物形成铁电向列相（N）和向列铁磁相（NF），二者均表现出螺旋结构。
• N相和NF相中的螺旋手性相反，表明相变过程中手性扭曲发生反转。
• 与具有相同侧链长度的非手性对应物相比，手性NF相中极性涨落的弛豫频率更低。
• 观察到的弛豫频率降低表明手性体系中集体动力学增强或能量势垒降低。
• 分子手性的存在可诱导螺旋结构而无需外加手性掺杂剂，证实了介晶相中本征手性的存在。
• 该体系表明，侧链手性可有效诱导并稳定铁电向列相中的手性向列有序。