Нематические кристаллы (рис. 83, а) по своей
текучести наиболее близки к обычной изотропной жидкости. Их молекулы
могут вращаться вокруг длинных, а иногда и коротких осей и даже
перемещаться в пространстве. Если нет внешних
воздействий, длинные оси молекул всегда параллельны друг другу. Этим
объясняется ярко выраженная оптическая анизотропия нематических
кристаллов.
Из гл. 5 читатель уже знает, как проявляется оптическая анизотропия в
твердых кристаллах. Оказывается, что тонкая пленка нематического
кристалла при взаимодействии с поляризованным светом ведет себя подобно
кварцевой пластинке, вырезанной параллельно оптической оси. Она
преобразует состояние поляризации света, превращая линейно
поляризованный. свет в циркулярный или эллиптический.
Оптическая ось нематического кристалла совпадает с длинными осями
молекул. Под воздействием света происходит переориентация молекул в
кристалле и меняется его двулучепреломление. Этот эффект может быть
усилен, если наряду со светом на кристалл воздействовать постоянным
магнитным или электрическим полем. Обычно кристалл реагирует на
облученность свыше 106 Вт/м2. Такие поля нетрудно получить, фокусируя
свет непрерывного лазера, например, аргонового. Подобные явления
наблюдаются и при освещении жидкого кристалла короткими (наносекундными)
импульсами большой мощности (до 1 МВт). Даже если при каждом импульсе
переориентация мала, суммарное воздействие серии импульсов может
привести к большой деформации, т. е. для нематических кристаллов
характерен эффект накопления деформации.
Ни один твердый кристалл не обладает таким высоким двулучепреломлением,
как жидкие кристаллы. Так, для п-азок-сифенетола разность показателей
преломления обыкновенного и необыкновенного лучей достигает 0,37, что
вдвое больше, чем у исландского шпата и в 40 раз выше, чем у кварца. С
ростом температуры двулучепреломление нематических кристаллов снижается,
а при переходе их в изотропное состояние исчезает совсем.
Оптической активностью нематические кристаллы не обладают, т. е. они не
способны поворачивать плоскость поляризации излучения. Но ее можно
вызвать искусственно с помощью простого приема. Поместим тонкий слой
жидкого кристалла между двумя стеклами. Молекулы вещества сцепляются со
стеклом, однако внутренняя область кристалла сохраняет текучесть. Если
повернуть покровное стекло, то одновременно повернутся сцепленные с ним
молекулы кристалла, и это приведет к винтовой деформации вещества.
Теперь кристалл становится оптически активным. Он поворачивает плоскость
поляризации излучения на угол, равный углу поворота стекла. Следует
иметь в виду, что для всех длин волн угол вращения плоскости поляризации
одинаков. Этим свойством не обладает ни один твердый кристалл, а оно
очень важно для спектральных приборов.
Рис. 83. Условное изображение нематической (а),
холестерической (б) и смектической (в) структур: А, В, С - типы
мектических кристаллов
Любопытна еще одна особенность нематических кристаллов. Если
повернуть покровное стекло на угол, больший чем 90°, знак вращения
плоскости поляризации скачкообразно изменится. Например, поворот стекла
на 120° по часовой стрелке адекватен вращению плоскости поляризации на
60° в противоположном направлении.
Многие нематические кристаллы ди-хроичны, т. е. они по-разному поглощают
обыкновенные и необыкновенные лучи. Это свойство используют в
промышленности для изготовления поляроидов.
