Жидкие кристаллы
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
пиральные участки молекул, сбивая атомы с выступов в основные плоскости или превращает правые молекулы в левые и наоборот. Таким образом под действием облучения спиральные участки могут распрямляться. Чем больше энергия отдельных квантов, попадающих в спиральный выступ, тем большему разрушению он подвергается - вплоть до полного исчезновения винта. Чем интенсивнее излучение или чем дольше оно действует, тем больше число молекул холестерика теряет свои спиральные свойства. Поэтому под влиянием фотохимических реакций угол между слоями становится всё меньше, а шаг спирали - всё больше. В конечном счёте шаг может обратиться в бесконечность, т.е. холестерик превращается в обыкновенный нематик. Если же конструкция молекулы настолько слабо скреплена, что под действием света разрушаются связи между атомами даже в основном остове молекул, то их взаимное притяжение ослабевает. Теперь становится невозможным даже существование нематика, т.е. холестерик превращается в обычную жидкость. К подобным последствиям приводит и смешивание холестерика с обычной жидкостью, каким-либо нематиком или холестериком, имеющим противоположный винт. Шаг первоначальной холестерической спирали увеличивается, а при большом разбавлении образуется нематик. Ещё более сильное разбавление ликвидирует оптическую ось вообще.
Оптическая активность
Наиболее точную информацию о том, как изменяется шаг спирали, даёт прохождение поляризованного света сквозь плёнку холестерика. Одним из свойств здесь является вращение поляризации света по мере его прохождения в толщу плёнки.
Это явление впервые было обнаружено в кварце в 1811 г. Вообще явление поворота поляризации уже было известно и связывалось с двойным лучепреломлением. Разница состоит в том, что в холестерике шаг спирали очень велик (порядка сотен нанометров), а в кварце он составляет примерно 5,4 нм. Поэтому длина световой волны в закрученном холестерике сравнима с шагом винта, в кварце - много больше его, а в нематике - много меньше. Для научных и практических целей делают холестерические смеси с очень большим шагом спирали.
Пусть на плёнку холестерика вертикально падает свет. Он поляризован вдоль оптической оси холестерика на внешней поверхности плёнки. Проходящий луч формируется в результате интерференции падающей волны и волн, излучённых электронами молекул под воздействием поля первичной волны. Так как электроны легче всего смещаются вдоль длинных осей молекул, то поле вторичной волны, излучённой на определённой глубине холестерического слоя, должно быть параллельно оси на данной глубине. Если длина волны много меньше шага холестерической спирали, то согласованность распространения первичной и вторичных волн, благодаря которой они взаимно усиливаются, фактически соответствует повороту поля Е в луче, проходящем сквозь слой. При этом поляризация света параллельна оптической оси холестерика в любой точке спирали. Интерференционные явления, разыгрывающиеся на расстояниях порядка длины волны, как бы успевают за медленным поворотом осей L в пространстве и подстраиваются к такому повороту. Таким образом, пройдя всю толщину плёнки, свет оказывается линейно поляризованным так, как направлена оптическая ось на нижней поверхности плёнки.
Скорости световых лучей с разной круговой поляризацией немного отличаются. Луч с левой поляризацией в правой холестерической спирали имеет большую скорость, чем луч с правой поляризацией. Естественно, обратная картина наблюдается в левой холестерической спирали. Причина этого кроется в том, что в одном луче вторичные колебания поля вдоль оптических осей немного усиливают первичную волну с круговой поляризацией, а в другом - ослабляет. Результат интерференции первичной и вторичных волн как раз и определяет скорость света в среде. Различие в скорости волн с разной круговой поляризацией становится более ощутимым, когда шаг спирали отличается от длины волны света не очень сильно. В этом случае роль вторичных колебаний поля вдоль оптических осей сильно возрастает. Так в правой спирали излучение вторичных волн происходит гораздо более согласованно под воздействием левополяризованной первичной волны, чем вследствие действия волны с правой поляризацией.
Явление поворота поляризации света называется оптической активностью вещества. Это явление, чрезвычайно чувствительное к любым изменениям строения вещества и взаимодействия между молекулами, даёт ценную информацию о том, как устроены молекулы, как видоизменяется их архитектура в результате химических реакций, полимеризации. Оптическая активность применяется в различных оптических приборах (модуляторах, затворах) и в качестве очень точного метода деления показателей преломления разных лучей в данной среде. Такой метод в 10 000 раз точнее других известных способов измерения. Исключительно важна оптическая активность биологических молекул и, в частности, белков, которые состоят из аминокислот, обладающих левыми винтами. Эта избранность спирального строения биомолекул до сих пор представляет неразрешимую загадку для учёных.
Избирательное отражение света
С явлением оптической активности тесно связано явление избирательного отражения света холестериком. Холестерик действительно отражает яркий свет лишь с избранной длиной волны l, равной шагу холестерической спирали h. Этим объясняется то богатство, цветовой гаммы, которое так привлекает всех, кто смотрит на изделия из холест?/p>