The thermal and dynamical properties of free-standing films are strongly dependent
on the boundary conditions and the presence of an external field. Using distinct theoretical
models and the dynamic light scattering experimental setup, we study the surface and
external field effects on the relaxation dynamics, fluctuation-induced interaction energy,
and phase transitions of smectic films.
Using an extended McMillan model, we study as a homeotropic anchoring stabilizes
the smetic order above the bulk transition temperature of the system. In particular,
we determine as the transition temperature depends on the surface ordering and film
thickness. We identify a characteristic anchoring for which the transition temperature
does not depend on the film thickness. For strong surface ordering, we observe that the
transition temperature presents a power law scaling behavior with the film thickness, in
agreement with a series of existing experimental results in the literature.
Within a Gaussian functional approximation, we also investigate how the fluctuationinduced
interaction force depends on the nematic and smectic order parameter profiles.
Close to nematic-smectic phase transition, our results indicate that the thermal Casimir
force has a significant enhancement which reinforces the predominance of the fluctuationinduced
interaction as compared to standard van der Waals interaction in thin smectic
films. In temperatures where the smectic phase is well established, we investigate how
the interplay of the surface order and the external field induced order affect the Casimirlike
force. For asymmetrically anchored films, the fluctuation-induced interaction energy
obeys a law of corresponding states and can change its nature from attractive to repulsive
through variations of an external field. We discuss the possible relevance of this field effect
in smectic wetting transitions.
With concern to the dynamical properties, we investigate how surface operators
modify the relaxation dynamics of hexatic-B liquid crystal films. In particular, we study
how a surface ordering field modifies the damping rate of the orientational modes in the
system. In a purely diffusive regime, we demonstrate that a surface tilted order drives the
slowest relaxation mode from hydrodynamical to non-hydrodynamical character. In the
viscous regime, the hydrodynamical character of the slowest relaxation mode persists even
for a surface tilted order. However, the normal modes develop an oscillatory-exponential
relaxation.
Finally, we use the photon correlation spectroscopy technique to investigate the
dynamic properties of free-standing films close to smectic-A - crystal-B transition. We
observe that the experimental data indicate the existence of a non-hydrodynamic mode
and measure the temperature dependence of the damping rate. We considered a simplified
model that incorporates the gradient velocity field effects which reproduces qualitatively
the experimental measurements. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As propriedades térmicas e dinâmicas de filmes de cristais líquidos na fase esmética são extremamente dependentes das condições de contorno e da presença de campos externos.
Utilizando diferentes modelagens teóricas e a técnica de espectroscopia de fotocorrelação, estudamos como as condiçõoes de contorno e a presença de um campo externo afetam a dinâmica de relaxação, a energia de interação induzida por flutuações e as transições
de fase envolvendo a fase esmética.
Utilizando uma extensão para o modelo de McMillan, estudamos como o ancoramento
homeotrópico estabiliza a ordem esmética acima da temperatura de transição
do sistema. Em particular, determinamos como a temperatura de transição depende da
intensidade do ancoramento superficial e da espessura do filme. Identificamos um ancoramento
característico para o qual a temperatura de transição independe da espessura. Para
ancoramentos fortes, observamos que a depend encia da temperatura de transição com a
espessura do filme segue aproximadamente uma lei de potência, em concordância com uma
série de resultados experimentais existentes na literatura.
Baseado em uma teoria funcional Gaussiana para o funcional energia livre, investigamos
tamb´em como a força induzida por flutuações esméticas depende do perfil dos
parâmetros de ordem nemático e esmético. Nas proximidades da transição nemática esmética, nossos resultados indicam que a força de Casimir térmica cresce significativamente,
podendo ser mais relevante que a força de van der Waals usual. Em temperaturas
onde a fase esmética é bem estabelecida, investigamos como a competição entre a ordem
superficial e a ordem induzida por um campo externo se reflete nas características da
força de Casimir. Obtivemos que, para filmes com ancoramentos superficiais assimétricos,
a força de Casimir térmica obedece a uma lei de estados correspondentes e pode mudar
sua natureza de atrativa para repulsiva através de variações de um campo externo. Discutimos
como este comportamento pode influenciar as transições de umedecimento da fase
esmética.
No que diz respeito às propriedades dinâmicas, investigamos como operadores de
superfície modificam a dinâmica de relaxação de filmes na fase hexática-B. Em particular
estudamos como um campo de ordenamento superficial modifica a taxa de amortecimento
dos modos orientacionais do sistema. Num regime puramente difusivo, nós demonstramos
que uma ordem superficial com o vetor diretor não paralelo à direção normal das
camadas faz com que os modos de relaxação tornem-se não-hidrodinâmicos. No regime
viscoso, sempre existirão modos hidrodinâmicos e a dinâmica de relaxação é sempre lenta.
Entretanto, os modos normais podem apresentar um decaimento oscilatório.
Por fim, usamos a técnica de espectroscopia de fotocorrelação para investigar as
propriedades dinâmicas de filmes livremente suspensos nas proximidades da transição
esmética-A - cristal-B. Observamos que os dados experimentais indicam a existência de
um modo não-hidrodinâmico e medimos a dependência da taxa de relaxação com a temperatura.
Propusemos um modelo que incorpora a influência do gradiente do campo de
velocidades que reproduz qualitativamente as observações experimentais.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.repositorio.ufal.br:riufal/1011 |
| Date | 03 August 2007 |
| Creators | Oliveira, Italo Marcos Nunes de |
| Contributors | Lyra, Marcelo Leite, LYRA, M. L., Moura, Francisco Anacleto Barros Fidelis de, MOURA, F. A. B. F., Araujo, Maria Tereza de, ARAUJO, M. T., Figueiredo Neto, Antonio Martins, NETO, A. M. F., Moraes, Fernando Jorge Sampaio, MORAES, F. |
| Publisher | Universidade Federal de Alagoas, BR, Física geral; Física teórica e computacional; Mecânica estatística; Ótica; Ótica não linear; Proprie, Programa de Pós-Graduação em Física da Matéria Condensada, UFAL |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFAL, instname:Universidade Federal de Alagoas, instacron:UFAL |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | bitstream:http://www.repositorio.ufal.br:8080/bitstream/riufal/1011/1/Dissertacao_Italo-2007.pdf, bitstream:http://www.repositorio.ufal.br:8080/bitstream/riufal/1011/2/Dissertacao_Italo-2007.pdf.txt |
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