Flüssigkristall-Sample
Flüssigkristall Zellen
Eine Zelle besteht aus zwei parallelen Glasplatten, die durch Abstandshalter in einem konstanten Abstand gehalten und nach dem Ausfüllen versiegelt werden. Der LC nimmt den Raum zwischen den beiden Gläsern ein. Um Defekte zu minimieren und eine ordnungsgemäße Funktionalisierung zu erreichen, werden die Gläser einem gründlichen Reinigungsverfahren unterzogen. Da wir wollen, dass sich der LC auf dem Glassubstrat in einer bestimmten Weise ausrichtet, werden die Innenflächen der Zelle mit einem speziellen Polymer behandelt, das entweder eine homöotrope oder eine planare Ausrichtung bewirkt. Die Funktionalisierung erfolgt entweder durch Schleuderbeschichtung oder durch einfaches Eintauchen der Substrate in die Polymerlösung. Zusätzlich müssen die Polymerschichten, die eine planare Ausrichtung bewirken, auf einem Samt gerieben werden, um eine definierte azimutale Ausrichtung entlang der Reibrichtung zu erhalten. Anschließend kann die Zelle mit einem UV-härtenden Klebstoff zusammengefügt werden, wobei ein spezifischer Abstandshalter von wenigen bis zu Hunderten von Mikrometern Dicke gewählt wird. Nun kann die LC eingeführt und anschließend versiegelt werden. Mit einem Polarisationsmikroskop kann man das Ergebnis und die Ausrichtung der LC beobachten. Wenn kein Polymer für die Ausrichtung verwendet wird, können Kontakte in das Design der Zelle eingebracht und Wechselspannungen bis zu 1KV angelegt werden.
Freistehender Film
Aufgrund der hohen Oberflächenspannung können smektische Flüssigkristalle freistehende Filme bilden, indem man eine Rasierklinge über ein Loch in einem Kupferblock bewegt. Die Einzigartigkeit solcher Filme liegt in der Tatsache, dass sie als einfache Modelle zweidimensionaler Flüssigkeiten dienen. Freistehende Filme wurden vor allem im Hinblick auf topologische und geometrische Eigenschaften, wie Flüssigkeitseinschlüsse und Versetzungen, untersucht.
In einem frei schwebenden Film hat die Grenzfläche zwischen Luft und Oberfläche einen ähnlichen, aber schwächeren Einfluss auf die Ausrichtung des Oberflächendirektors als bei einem behandelten Glassubstrat, das eine homöotrope Ausrichtung (senkrecht zur Oberfläche) erzwingt. Der Schichttiefenabstand, über den diese Ausrichtung bestehen bleibt, wird als Korrelationslänge bezeichnet, die dem Skin-Tiefen-Effekt entspricht (die Direktororientierung nimmt mit der Korrelationslänge als Skalenfaktor exponentiell ab).
Das Flüssigkristallhalter-Projekt wurde ursprünglich von dem linearen Slide-Target-Inserter der Scarlet-Laseranlage der Ohio State University [1,2] inspiriert. Dieser ermöglichte die In-Vakuum-Filmbildung bei hoher Repetitionsrate (10 Hz). Unser Flüssigkristallhalter besteht aus einem Wischer, der vertikal über eine kreisförmige Öffnung innerhalb eines Kupferrahmens gleitet. Der Wischer wird von einer Brücke geführt, die die Kraft variieren kann, mit der der Wischer gegen den Rahmen gedrückt wird. Öffnungen mit Durchmessern von einigen mm werden für verschiedene Anwendungen verwendet und ermöglichen eine unterschiedliche Kontrolle der Dicke. Diese Öffnungen sind mit einer scharfen Kante abgeschrägt: das heißt, LC bildet sich innerhalb der Abschrägung mit einer festen Position. Die Temperaturregelung dient der präzisen Dickensteuerung und wird durch Aufheizen des Rahmens mit Widerständen und Abkühlen mit Peltier-Elementen erreicht. Darüber hinaus wurde eine automatische LC-Auslösung hinzugefügt, um das System aus der Ferne bedienen zu können.
[1] Poole, P.L., et al., Liquid crystal films as on-demand, variable thickness (50-5000 nm) targets for intense lasers. Physics of Plasmas, 2014. 21(6).
[2] Poole, P.L., et al., Moderate repetition rate ultra-intense laser targets and optics using variable thickness liquid crystal films. Applied Physics Letters, 2016. 109(15).