Пороговые магнитные поля в неограниченном ферронематике

А.Н. Захлевных (Пермь)

Изучено влияние внешнего магнитного поля на ферронематик (ФН) – разбавленную суспензию игольчатых магнитных частиц в нематическом жидком кристалле. В ферронематике наряду с диамагнитным (квадрупольным) вкладом нематической матрицы в свободную энергию имеется и ферромагнитный (дипольный) вклад, обусловленный влиянием магнитного поля на магнитные моменты феррочастиц. При положительной диамагнитной анизотропии и гомеотропном характере сцепления магнитных частиц с матрицей эти вклады являются конкурирующими и стремятся повернуть ориентационную структуру в противоположных направлениях. В работе в рамках континуальной теории найдено равновесное распределение векторов намагниченности и директора в магнитном поле для ферронематика с конечной энергией сцепления магнитных частиц с жидкокристаллической матрицей. Показано, что в слабых полях устойчиво ферронематическое состояние I с гомеотропными условиями сцепления магнитных частиц с матрицей. В этой фазе упорядочение осуществляется дипольным механизмом. При достижении полем порогового значения это состояние сменяется угловой фазой II, в которой векторы напряженности поля, директора и намагниченности компланарны, а углы ориентации намагниченности и директора относительно поля являются функциями материальных параметров ФН и напряженности поля. Ферронематическое состояние II является результатом конкуренции дипольного и квадрупольного упорядочения. В этой ферронематической фазе происходит изменение условий сцепления магнитных частиц с матрицей от гомеотропных к планарным. Указанное пороговое поле имеет смысл поля Фредерикса, так как в этом поле происходит своеобразный переход Фредерикса в неограниченном ферронематике. С ростом напряженности поля состояние II сменяется состоянием III, в котором директор, векторы намагниченности и напряженности поля параллельны, т.е. в фазе III квадрупольный механизм проявляет себя в полной мере наряду с дипольным. Это поле имеет смысл так называемого поля насыщения. Найдена зависимость пороговых полей (поля Фредерикса и поля насыщения) от материальных параметров ферронематика.

Оценки показывают, что для реальных ферронематиков пороговые поля оказываются порядка сотни эрстед, так что описанные переходы между ферронематическими фазами IIII должны наблюдаться в реальных ферронематиках в достаточно слабых полях.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 01-02-96476) и Американским фондом гражданских исследований и развития (CRDF) (грант № PE-009-0).