铁电向列型液晶的介电谱学：测量绝缘界面层的电容
摘要：发现的铁电向列型（$ N_F $）液晶（LC）相的介电常数$ \epsilon $的众多测量报告了异常大的$ \epsilon^\prime $值（高达约30,000）。我们证明，这些实验实际上测量的是典型细胞中用纳米厚度的非铁电、界面、绝缘层包围的$ N_F $ 材料的高电容性。 我们分析一个填充有高极化$ \mathbf{P} $的$ N_F $材料的平行板细胞，在零外加电压下平行于平板排列。通过最小化主要的静电能，使得$ \mathbf{P} $在空间上均匀，并使其取向使得$ N_F $中的电场尽可能小，这种条件下，施加到细胞上的电压几乎完全出现在高电容性界面层上。这种方向和电荷的耦合产生了一种联合极化-外部电容（PCG）Goldstone重取向模式，它需要比仅有$ N_F $层的应用电压小几个数量级才能有效地在$ N_F $层中输送电荷。$ N_F $层起到低阻值电阻器的作用，而界面电容器则作为可逆的能量存储库，降低了PCG模式的恢复力（质量），并产生了强烈的反应性介电行为。对多个铁电液晶（手性液晶C、弯曲核液晶和$ N_F $相）的实验数据的分析支持了PCG模型，并表明在电阻抗测量中从高极化铁电LC中推导出介电常数，而不正确考虑极化电荷的自屏蔽效应和界面层的电容贡献，会导致高达多个数量级的$ \epsilon^\prime $值高估液晶的值。
作者：Noel A. Clark, Xi Chen, Joseph E. Maclennan, Matthew A. Glaser
论文ID：2208.09784
分类：Soft Condensed Matter
分类简称：cond-mat.soft
提交时间：2023-08-21