Struktur und Dynamik nematischer Phasen mit starken smektischen Fluktuationen, die von Mesogenen mit gebogenem Kern gebildet werden

Nematische Phasen, die von Mesogenen mit gebogenen Kernen gebildet werden, sind in letzter Zeit zu einem sehr aktiven Forschungsthema geworden. Sie weisen bemerkenswerte strukturelle, elektro-optische und dielektrische Eigenschaften auf, die sie von stäbchenförmigen Mesogenen unterscheiden. Ausführliche theoretische Studien über die Rolle der Molekülform für das Phasenverhalten deuten auf die Existenz einer ganzen Klasse von Phasen ohne Positionsordnung hin, die sich durch unterschiedliche Symmetrien auszeichnen. Zu diesen Phasen gehören biaxiale und polare nematische sowie tetraedrische und dreiatische Phasen, die mehrere Ordnungsparameter haben können und ein neuartiges Verhalten in elektrischen, Strömungs- und Temperaturgradientenfeldern zeigen. Eine der aufregendsten Errungenschaften bei der Erforschung von Nematika mit gebogenen Kernen war die Entdeckung von smektischen Fluktuationen, die für das scheinbar biaxiale Verhalten und die riesige flexoelektrische Reaktion verantwortlich sind. Dies ist eine neue Ebene der Komplexität in Mesophasenstrukturen, die nur eine orientierende Ordnung aufweisen, und ist von grundlegendem Interesse für die Grundlagenforschung, da es viele Möglichkeiten für technologische Anwendungen gibt. In der vorgeschlagenen Forschungsarbeit bieten wir eine umfassende Untersuchung der Struktur und Dynamik verschiedener Klassen von nematischen Verbindungen mit gebogenen Kernen, die eine Clusterbildung aufweisen. Die Neuartigkeit dieses Vorschlags liegt in der unerforschten Elektrooptik und nichtlinearen Optik von nematischen Phasen mit gebogenem Kern und den weitgehend unbekannten strukturellen und dynamischen Eigenschaften (elastisch, flexoelektrisch usw.). Röntgenstrahlen, dielektrische Spektroskopie und die Erzeugung der zweiten Harmonischen werden uns eine vollständige Charakterisierung der nematischen Phasen und des Ausmaßes der smektischen Fluktuationen ermöglichen. Detaillierte experimentelle Untersuchungen des Fréedericksz-Übergangs, des Verhaltens von Inversionswänden, flexoelektrischen Effekten und des Cotton-Mouton-Effekts werden voraussichtlich Einblicke in die elastischen und polaren Eigenschaften der verschiedenen Arten nematischer Phasen geben. Ausführliche Studien dieser Phänomene können wesentlich zu unserem Verständnis der Physik dieser neuen Klasse von Flüssigkristallmaterialien beitragen. Ein weiteres einzigartiges Merkmal dieses Vorschlags ist die Kombination dieser physikalischen Untersuchungen mit synthetischen Arbeiten, die sich auf die Untersuchung der Auswirkungen der Variation der Molekularstruktur auf die Struktur und die Eigenschaften der nematischen Phasen konzentrieren. Dies ermöglicht eine Korrelation der physikalischen Eigenschaften mit der Molekularstruktur und die Perspektive, zu neuen biaxialen und polaren nematischen Phasen zu gelangen.

Structure and dynamics of nematic phases with strong smectic fluctuations formed by bent-core mesogens

Nematic phases formed by bent-core mesogens have recently become a very active research topic. They exhibit remarkable structural, electro-optical and dielectric properties, which distinguish them from rod-shaped mesogens. Extensive theoretical studies about the role of molecular shape on phase behaviour indicate the existence of a whole class of phases without positional order distinguished by different symmetries. Such phases include biaxial and polar nematics, and tetrahedratic and three-atic phases, which can have several order parameters and display new types of behaviour in electric, flow- and temperature-gradient fields.  One of the most exciting achievements in research on bent-core nematics has been the discovery of smectic fluctuations, which are responsible for apparent biaxial behaviour, and giant flexoelectric response. This is a new level of complexity in mesophase structures with only orientational order, and is of fundamental interest for basic science, as it has many possibilities or technological applications. In the proposed research, we offer an extensive investigation of the structure and dynamics of several classes of bent-core nematic compounds exhibiting clustering. The novelty of this proposal lies in the unexplored electro-optics and non-linear optics of bent-core nematic phases and largely unknown structural and dynamic properties (elastic, flexoelectric, etc.). X-ray, dielectric spectroscopy and generation of second harmonic will provide us with full characterisation of the nematic phases and the extent of smectic fluctuations.  Detailed experimental studies of the Fréedericksz transition, the behaviour of inversion walls, flexoelectric effects, and the Cotton-Mouton effect are anticipated to provide insight into the elastic and polar properties for different types nematic phases. Extensive studies of those phenomena can greatly contribute to our understanding of the physics for this novel class of liquid crystal materials. Another unique feature of this proposal is a combination of these physical investigations with synthetic work focusing on the investigation of the effects of varying the molecular structure on the structure and properties of the nematic phases, allowing for a correlation of the physical properties with the molecular structure and the perspective to arrive at new biaxial and polar nematic phases.