Accueil > Français > Actualité

Formation du nématique « splay-bend » sous l’action d’un champ électrique


La technologie dominante actuellement utilisée pour la fabrication d’écrans et d’afficheurs est basée sur les propriétés des cristaux liquides appelés « nématiques ». L’existence de deux nouveaux types de cristaux liquides nématiques a été prédite il y a une vingtaine d’années pour des molécules cristal-liquides en forme de « banane ». Toutefois, seul l’un des deux types avait été effectivement observé jusqu’ici. Une équipe franco-britannique de chercheurs vient de découvrir le second.

Les cristaux-liquides utilisés dans les afficheurs sont, le plus souvent, des mélanges de petites molécules en forme de bâtonnets cylindriques qui s’alignent spontanément dans la même direction. On les appelle des cristaux liquides « nématiques ». Depuis quelques années, les chercheurs s’intéressent vivement à des molécules cristal-liquides non plus cylindriques mais en forme de « banane ». En effet, de telles molécules peuvent a priori former deux autres types de cristaux-liquides nématiques d’organisation plus complexe car modulée (Figure 1). Pour le premier type, appelé nématique « splay-bend » (Figure 1a), l’orientation du plan des molécules reste fixe mais leur concavité oscille le long d’un axe. Pour le second, appelé nématique « twist-bend », la molécule décrit une hélice gauche ou droite (Figure 1b). Si le nématique twist-bend a été observé à de multiples reprises, le nématique splay-bend n’avait jamais été mis en évidence jusqu’à présent.

En appliquant un champ électrique à un composé emblématique (CB7CB) de ces nouveaux nématiques modulés, une équipe de chercheurs des Universités d’Amiens, Paris-Saclay, Montpellier et Southampton a récemment réussi à produire une transition vers le nématique splay-bend à partir d’un nématique twist-bend (Figure 2). En effet, des études par microscopie optique en lumière polarisée en variant la température et l’intensité du champ électrique appliqué au composé CB7CB ont démontré l’apparition d’un nouveau nématique. De plus, la mesure de la biréfringence de cette nouvelle phase a prouvé qu’il s’agit bien du nématique splay-bend.

Figure 1 : Schémas des structures des phases nématiques modulées des molécules en forme de banane. a) nématique splay-bend ; b) nématique twist-bend.

Une modélisation théorique de ces phénomènes a permis de confirmer l’interprétation de ces observations et mesures et de souligner l’importance des propriétés de symétrie des molécules en question. Cette approche permet de dégager les paramètres moléculaires pertinents pour guider la synthèse de molécules cristal-liquides qui pourraient présenter le nématique splay-bend, même en l’absence d’un champ électrique. Les nématiques modulés possèdent des effets électro-optiques environ cent fois plus rapides que ceux des nématiques ordinaires et ils pourraient donc les remplacer dans la technologie des afficheurs à cristaux-liquides dans un futur encore lointain.

Figure 2 : Observation en microscopie en lumière polarisée du composé CB7CB soumis à un champ électrique (E). Le nématique splay-bend (NSB) pousse au sein du nématique ordinaire (N), entre les deux électrodes diagonales (lignes pointillées) qui permettent d’appliquer le champ électrique E. Le nématique twist-bend (NTB) est observé en dehors des électrodes.

Publication : C. Meyer, C. Blanc, G. R. Luckhurst, P. Davidson, I. Dozov, Biaxiality-driven twist-bend to splay-bend nematic phase transition induced by an electric field. Sci. Adv. 6, eabb8212 (2020).

Contacts : Ivan Dozov et Patrick Davidson (LPS)