The structure and dynamics of the smectic B phase

La structure et la dynamique de la phase smectique B

¹ Institut Laue-Langevin, 156X Centre de Tri, 38042 Grenoble Cedex, France.
² Department of Chemistry, Exeter University, Stocker Road, Exeter EX4 4QD, Great-Britain.

Abstract

Using X-ray diffraction we show that the unit cell in the smectic B phases of BPBAC and IBPBAC is tilted with respect to the layers by 5.6° and that there is considerable molecular disorder in a direction perpendicular to the layers. Incoherent, quasi elastic neutron scattering has shown that the molecules undergo a uniaxial rotation with diffusion constant D_r/10¹⁰ s^–1 ~ 3 to 6 depending on temperature. On a similar time scale (10^–11 s) there is also a molecular motion perpendicular to the layers which is much more restricted than translational diffusion. Its temperature dependent r. m. s. amplitude is 1 to 2 Å and it can also be described by the model of diffusion (D_t ~ 3 × 10 ^–8 cm² s^–1) in a cosine potential of maximum height about 28 kj mole^–1.

Résumé

La diffraction des rayons X montre que la maille élémentaire de la phase smectique B de BPBAC et IBPBAC est inclinée par rapport aux couches d’un angle de 5.6° et qu’il y a un désordre moléculaire important dans la direction perpendiculaire aux couches. La diffusion quasi élastique des neutrons met en évidence une rotation uniaxiale des molécules avec une constante de diffusion D_r/10¹⁰ s_–1 de 3 à 6 suivant la température. A la même échelle de temps (10^–11 s) il y a également un mouvement de translation moléculaire perpendiculaire aux couches, beaucoup plus limité que la diffusion simple. Son amplitude dépend de la température et est de 1 à 2 Å. Ce mouvement peut être décrit par un modèle de diffusion (D_t ~ 3 × 10 ^–8 cm² s^–1) dans un potentiel sinusoïdal d’environ 28 kJ mole^–1.