Films nématiques minces sur substrats liquides
Ulysse DELABRE (LPS)

Infos Complémentaires

Conf IV, 24 rue Lhomond

Mardi 10 novembre à 14H00

Résumé :

Ce travail de thèse analyse l’organisation des films de cristaux liquides nématiques sur substrats liquides (eau et glycérol). Dans ce cas, l’ancrage planaire au niveau du substrat liquide est plus fort que l’ancrage homéotrope à l’interface libre. En dessous d’une épaisseur critique de l’ordre de 0.5-0.6 µm, des stries qui correspondent à une modulation de l’orientation du directeur, apparaissent. La longueur d’onde de ces stries est largement supérieure à l’épaisseur du film. Nous avons analysé la situation spécifique des films très minces et montré qu’une phase striée existait pour des films plats jusqu’à des épaisseurs de l’ordre de 20-40 nm. La pertinence de l’introduction des termes élastiques dits de surface (K24 et K13) dans l’analyse théorique des stries a été discutée. Sur l’eau, les films nématiques coexistent avec une tricouche de molécules dont l’organisation est régie par des interactions à très courte portée avec le substrat. Les gradients d’épaisseur présents en bord de film empêchent la formation de stries. Des mesures statiques et dynamiques de l’énergie d’un bord de film ont été effectuées. Il semble alors que le film nématique puisse accommoder un état distordu grâce à la formation de stries bien en dessous de l’épaisseur critique de transition de confinement. Enfin, une étude du processus de coalescence contrôlée par la tension de ligne a permis de mettre en évidence deux régimes de dissipation : aux temps courts la dissipation s’effectue en surface alors qu’aux temps longs, la dissipation se fait principalement dans la sous-phase. Une analyse en loi d’échelle permet de rendre compte de la dynamique observée expérimentalement.

Abstract :

This work analyzes the organization of thin films of nematic liquid crystals on liquid substrates (water and glycerol). In this situation, the planar anchoring at the liquid interface is stronger than the homeotropic anchorage at the air interface. Below a critical thickness about 0.5-0.6 µm, stripes appear that correspond to a modulation of the nematic orientation. The stripe wavelength is much larger than the film thickness. We analyzed the specific situation of very thin films and we showed that a striped phase can exist for thin flat films with thickness down to 20-40 nm. The relevance of the elastic surface-like terms (K24 and K13) in the theoretical analysis is discussed. On water, thin nematic films coexist with a trilayer of molecules with a special organization directed by very short ranged interactions with the subphase. The thickness gradients which exist at the edge of the films prevent the formation of stripes. Static and dynamic measurements of the energy of film boundary have been performed. It seems then that the nematic film can accommodate a distorted state thanks to the formation of stripes below the critical confinement transition thickness. At last, a study of the coalescence process driven by line tension enables to identify two dissipation mechanisms : at short times, the dissipation is surface dominated whereas at long times, the dissipation is mainly in the subphase. A scaling approach enables to understand the experimental dynamics.

Conf IV, 24 rue Lhomond