Transversal instabilities and regular arrangements of umbilics in dynamically excited nematic liquid crystal layers

Instabilités transversales et arrangements réguliers des ombilics dans des couches de cristal liquide nématique excitées dynamiquement

Istituto di Elettronica, Facolta’ di Ingegneria dell’Universita’ di Roma, Italy.

Abstract

Homeotropically aligned layers of nematic liquid crystal (NLC) were dynamically excited by impulsive voltage waveforms having repetition periods close or larger than the decay time of the elastic deformation of the layer. In such conditions the magnitude of the tilt was found to be described by an unidimensional model neglecting conduction currents. With a proper treatment of the aligning surfaces, we observed uniform tilts only for repetition periods shorter than an « interaction time ». The transversal instabilities that have been found for greater repetition times were experimentally studied and their descriptions and photographs are given. Under certain conditions regular arrangements of umbilics were found. Their study was made for thicknesses of the NLC layer ranging between 0.15 and 4 µm. Spacial periods in the range 0.25-11 mm were found, growing with the NLC thickness. A model for them was found, made-up of + 1 splay-type umbilics alternated with — 1 ones at the corners of squares. Together with the periodic patterns, domains of reverse tilts were found to exist, giving rise in some cases to intersecting periodic patterns.

Résumé

Des couches de cristal liquide nématique (NLC) alignées homéotropiquement ont été excitées dynamiquement par des voltages impulsifs ayant des périodes de répétition près ou supérieures au temps de descente de la déformation élastique de la couche. Dans ces conditions on a trouvé que l’amplitude de l’inclinaison peut être décrite par un modèle unidimensionel négligeant les courants de conduction.

Avec un traitement approprié des surfaces d’alignement, on a observé des inclinaisons uniformes seulement pour des périodes de répétition inférieures au « temps d’interaction ».

On a étudié expérimentalement les instabilités transversales qui ont eu lieu pour des temps de répétition supérieurs, dont on a rapporté les descriptions et les photographies. Sous certaines conditions on a trouvé des arrangements réguliers des ombilics. Leur étude a été effectuée pour des épaisseurs de la couche NLC comprises entre 0.15 et 4 µm. On a observé des périodes spatiales comprises entre 0.25 et 11 mm poussant conjointement avec l’épaisseur de la couche NLC. On a trouvé un modèle, composé par des ombilics du type « splay » + 1 alternés avec des types — 1 aux angles des carrés.

Avec les configurations périodiques on a observé l’existence de domaines d’inclinaisons opposées déterminant — en certains cas — des configurations périodiques superposantes.