thesis

Étude de la dynamique des fluctuations thermiques dans les phases nématiques biaxe, uniaxe et isotrope d'un cristal liquide lyotrope

Defense date:

Jan. 1, 1985

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Institution:

Paris 11

Disciplines:

Physics

Authors:

Directors:

Abstract EN:

This thesis groups experimental studies on the subject of the dynamics of thermal fluctuations in the uniaxial nematic (ND: positive birefringence; NC: negative birefringence), biaxial nematic, and isotropic phases of the lyotropic system K-Laurate, Decanol, D₂O. Differently from classical thermotropic nematics in which the building blocks are elongated molecules, lyotropic nematics are formed by aggregates (or micelles) dispersed in water. In the system which we have studied the biaxial phase appears between the two uniaxial phases, in the following temperature sequence: Isotrope→ND→Nbx→NC→Isotrope. The main technique employed was Rayleigh light scattering. The sJow fluctuations, originated from the coupling of the light waves with the order parameter via the dielectric tensor can be adequately followed by photocorrelation techniques. In the main part of the thesis (text in english) we have performed studies in a system exhibiting the biaxial phase. We have demonstrated the existence of biaxiality fluctuations in the neighbours ND and NC uniaxial phases. Such measurements did allow us to estimate the correlation length associated to biaxiality fluctuations. Near TC we found ε ~ 500 A, i. E. About 10 micellar sizes. Next we have performed a combined study of both uniaxial­biaxial and isotropic-nematic phase transitions in the same system. In order to analyze these measurements we have estimated, by using a Landau­Khalatnikov formalism, the temperature dependence of the relaxation rates of the 5 fluctuation modes associated to the order parameter. These estimates have accounted for the description of such modes. On the other hand a new unexpected mode has been found. We have interpretated it in terms of a mechanism of micellar density fluctuations, a special feature from lyotropic materials.

Abstract FR:

La présente thèse rassemble des études expérimentales portant sur le sujet de la dynamique des fluctuations thermiques dans les phases nématiques uniaxes (ND-biréfringence positive- et NC-biréfringence négative), nématique biaxe et isotrope, du système lyotrope K-Laurate, Décanol, D₂O. En contraste avec les cristaux liquides nématiques classiques ou thermotropes, constitués par des molécules allongées, les nématiques lyotropes sont formés par des agrégats (ou micelles) en solution dans l'eau. Dans les systèmes que nous avons étudiés, la phase biaxe apparaît entre deux phases uniaxes dans l'ordre suivant, à température croissante : Isotrope→ND→Nbx→NC→Isotrope. La technique de base utilisée est la diffusion quasi-élastique de la lumière (Rayleigh). L'analyse par battement de photons permet de mettre en évidence les fluctuations lentes originaires du couplage direct de la lumière avec le paramètre d'ordre via le tenseur diélectrique. Dans les études faites en présence de la phase nématique biaxe, nous avons mis en évidence l'existence des fluctuations de biaxialité dans les deux phases uniaxes voisinantes (NC et ND) et mesuré l'effet de ralentissement critique de ces fluctuations lorsque les températures de transition ND-Nbx et NC-Nbx sont approchées. Ces mesures ont permis d'estimer la longueur de corrélation ε des fluctuations de biaxialité. Près de TC nous avons trouvé ε ~ 500 A, c'est-à-dire de l'ordre de 10 tailles micellaires. Ensuite, nous avons entrepris une étude combinée des transitions de phase uniaxe-biaxe et isotrope-nématique. Pour analyser les mesures obtenues, nous avons estimé, en utilisant le formalisme de Landau­Khalatnikov, les dépendances en température des taux de relaxation des 5 modes de fluctuation associés au paramètre d'ordre. Ces estimations permettent de décrire les 5 modes. D'autre part, un mode supplémentaire a été trouvé. Nous avons interprété ce mode en termes des fluctuations de densité micellaire.