Влияние наночастиц WS2 на рефрактивные свойства жидкокристаллических композиций

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Тойкка А.С., Ломова Л.С., Каманина Н.В. Влияние наночастиц WS2 на рефрактивные свойства жидкокристаллических композиций // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 8. С. 75–80. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-08-75-80

Toikka A.S., Lomova L.S., Kamanina N.V. Effect of WS2 nanoparticles on the refractive properties of liquid crystal compositions [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2021. V. 88. № 8. P. 75–80. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-08-75-80

Ссылка на англоязычную версию:

A. S. Toikka, L. S. Lomova, and N. V. Kamanina, "Effect of WS₂ nanoparticles on the refractive properties of liquid crystal compositions," Journal of Optical Technology. 88(8), 460-463 (2021). https://doi.org/10.1364/JOT.88.000460

Аннотация:

В настоящей работе рассматриваются спектральные зависимости показателя преломления жидкокристаллических композиций, сенсибилизированных разной концентрацией нанотрубок дисульфида вольфрама в видимом диапазоне спектра. Установлена корреляция между показателем преломления и динамическими свойствами жидкокристаллических ячеек, также рассмотрены характеристики лазерного пробоя при воздействии импульсным лазером на длине волны 1,54 мкм. Была определена концентрация WS2 наночастиц, допирующих жидкокристаллическую мезофазу, при которой происходит фазовый переход в квази-смектическое состояние, что существенно расширяет область применения жидкокристаллических ячеек в оптико-электронных системах.

Ключевые слова:

жидкие кристаллы, эллипсометрия жидкого кристалла, наноструктурирование, WS2 нанотрубки, квази-смектики, двулучепреломление

Благодарность:

Авторский коллектив выражает благодарность А.В. Кандакову (инженер ИМП РАН, г. Санкт-Петебург), профессору R. Tenne (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel) и коллегам по лаборатории Фотофизики сред с нанообъектами ГОИ им. С.И. Вавилова за продуктивные научно-прикладные семинары и за поддержку на каждом этапе. Часть полученных данных обсуждалась на научно-технических семинарах в НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ (Гатчина) в 2019 и 2020 гг.

Коды OCIS: 160.3710, 230.3720, 190.0190

Список источников:

1. de Gennes P.G., Prost. J. The physics of liquid crystals. Oxford: Oxford Science Publications, 1995. 616 p.
2. Mc Ewen R.S. Liquid crystals, displays and devices for optical processing // J. Phys. B: Sci. Instrum. 1987. V. 20. № 1. P. 364–377.
3. Zhou L., Hassan Saeed M., Zhang L. Optical diffusers based on uniform nano-sized polymer balls/nematic liquid crystals composite films // Liquid Crystals. 2019. V. 47. № 5. P. 1–14.
4. Isomae Y., Aso S., Shibasaki J. et al. Superior spatial resolution of surface-stabilized ferroelectric liquid crystals compared to nematic liquid crystals for wide-field-of-view holographic displays // Japanese Journal of Applied Physics. 2020. V. 59. № 040901. P. 1–5.
5. Choudhary A., George T.F., Li G. Conjugation of nanomaterials and nematic liquid crystals for futuristic applications and biosensors // Biosensors. 2018. V. 8. № 69. P. 1–17
6. Fan C.Y., Chuang T.J., Wu K.H. et al. Electrically modulated varifocal metalens combined with twisted nematic liquid crystals // Optics Express. 2020. V. 28. № 7. P. 10609–10617.
7. Chen H., Gou F., Wu S.T. Submillisecond-response nematic liquid crystals for augmented reality displays // Optical Materials Express. 2017. V. 7. № 1. P. 195–201.
8. Mazur R., Piecek W., Morawiak P. et al. Nematic liquid crystal mixtures for 3D active glasses application // Liquid Crystals. 2017. V. 44. № 2. P. 1–10.
9. Fuscaldo W., Tofani S., Zografopoulos D.C. et al. Tunable Fabry–Perot cavity THz antenna based on leakywave propagation in nematic liquid crystals // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2017. V. 16. № 1. P. 2046–2049.
10. Wang Q., Zhang X.C., Tian H.W. et al. Millimeter-wave digital coding metasurfaces based on nematic liquid crystals // Advanced Theory and Simulations. 2019. V. 1. № 1900141. P. 1–7.
11. Kamanina N.V., Sizov V.N., Stasel’ko D.I. Recording of thin phase holograms in polymer-dispersed liquidcrystal composites based on fullerene-containing p-conjugated organic systems // Optics and Spectroscopy. 2001. V. 90. № 1. P. 1–3.
12. Kamanina N.V. Nonlinear optical properties of polymer-dispersed liquid-crystalline systems based on fullerene-doped 2-cyclooctylamino-5-nitropyridine // Optics and Spectroscopy. 2002. V. 93. № 4. P. 639–642.
13. Kamanina N.V., Komolkin A.V., Yevlampieva N.P. Variation of the orientational order parameter in a nematic liquid Crystal–COANP–C70 composite structure // Tech. Phys. Lett. 2005. V. 31. № 6. P. 478–480.
14. Vasilyev P.Ya., Kamanina N.V. Fullerene-containing liquid crystal spatiotemporal light modulators with surface-electromagnetic-wave-treated conducting layers // Technical Physics Letters. V. 33. № 1. P. 8–10.
15. Kamanina N.V., Voronin Yu.M., Kityk I.V. et al. Spectroscopy of PVK-phenyl derivatives disturbed the longrange ordering of liquid crystalline phase // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2007. V. 66. № 3. P. 781–785.
16. Kamanina N.V., Serov S.V., Y. Bretonniere et al. Organic systems and their photorefractive properties under the nano- and biostructuration: Scientific view and sustainable development // Journal of Nanomaterials. 2015. V. 2015. № 278902. P. 1–5.
17. Kamanina N.V., Zubtcova Yu.A., Kukharchik A.A. et al. Control of the IR-spectral shift via modification of the surface relief between the liquid crystal matrixes doped with the lanthanide nanoparticles and the solid substrate // Optics Express. 2016. V. 24. № 2. P. 1–6.
18. Pathaka G., Katiyara R., Agrahari K. et al. Analysis of birefringence property of three different nematic liquid crystals dispersed with TiO2 nanoparticles // Opto-Electronics Review. 2018. V. 26. № 1. P. 11–18.
19. Huang C.Y., Selvaraj P., Senguttuvan G. et al. Electro-optical and dielectric properties of TiO2 nanoparticles in nematic liquid crystals with high dielectric anisotropy // Journal of Molecular Liquids. 2019. V. 286. № 110902. P. 1–8.
20. Hsu C.J., Lin L.J., Huang M.K. et al. Electro-optical effect of gold nanoparticle dispersed in nematic liquid crystals // Crystals. 2017. V. 7. № 287. P. 1–10.
21. Shivaraja S.J., Gupta R.K., Kumar S. et al. Effect of functionalised silver nanoparticle on the elastic constants and ionic transport of a nematic liquid crystal // Liquid Crystals. 2019. V. 46. № 12. P. 1–9.
22. Chausov D.N., Kurilov A.D., Kazak A.V. et al. Dielectric properties of liquid crystalline composites doped with nano-dimensional fragments of shungite carbon // Liquid Crystals. 2019. V. 46. № 9. P. 1–9.
23. Petrescu E., Cirtoaje C. Dynamic behavior of a nematic liquid crystal with added carbon nanotubes in an electric field // Beilstein Journal of Nanotechnology. 2018. V. 9. № 1. P. 233–241.
24. Блинов Л.М. Электро- и магнитооптика жидких кристаллов. М.: Наука, 1978. 384 с. [Blinov L.M. Electrooptics and magnetooptics of liquid crystals. Moscow: Nauka, 1978, 384 p. (in Russ.)]

25. Васильев А.А., Касасент Д., Компанец И.Н., Парфёнов А.В. Пространственные модуляторы света. М.: Радио и связь, 1987. 320 с. [Vasiliev A.A., Kasasent D., Kompanets I.N., Parfenov A.V. Spatial light modulators. M.: Radio and Communication, 1987. 320 p. (in Russ.)].
26. Kamanina N.V. Fullerene-dispersed liquid crystal structure: dynamic characteristics and self-organization processes // Physics-Uspekhi. 2005. V. 48. № 4. P. 419–427.
27. Kamanina N.V., Zubtsova Yu.A., Toikka A.S. et al. Temporal characteristics of liquid crystal cell with WS2 nanoparticles: Mesophase sensitization and relief features // Liq. Cryst. and their Appl. 2020. V. 20. № 1. P. 34–40.
28. Toikka A.S., Kamanina N.V. Liquid crystals electro-optical structure with conducting layers modified by carbon nanotubes // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1695. № 012071. P. 1–4.
29. Kamanina N.V., Zubtcova Yu.A., Kuzhakov P.V. et al. Correlations between spectral, time and orientation parameters of liquid crystal cells with WS2 nanoparticles // Liq. Cryst. and their Appl. 2020. V. 20. № 3. P. 41–48.
30. Tenne R., Margulis L., Genut M. et al. Polyhedral and cylindrical structures of Tungsten disulfide // Nature. 1992. V. 360. № 6403. P. 444–446.
31. Sinha S.S., Zak A., Rosentsveig R., Pnkas I. et al. Size-dependent control of exciton–polariton interactions in WS2 nanotubes // Small. 2019. V. 16. № 1904390. P. 1–10.
32. Zhang Y., Ideue T., Onga M. et al. Enhanced intrinsic photovoltaic effect in tungsten disulfide nanotubes // Nature. 2019. V. 570. № 7761. P. 349–353.
33. Basu R., Lee A. Ion trapping by the graphene electrode in a graphene-ITO hybrid liquid crystal cell // Applied Physics Letters. 2017. V. 111. № 161905. P. 1–4.
34. Yan X., Mont F.W., Poxson D.J. et al. Refractive-index-matched Indium–Tin-Oxide electrodes for liquid crystal displays // Japanese Journal of Applied Physics. 2009. V. 48. № 120203. P. 1–3.
35. Kamanina N., Toikka A., Gladysheva I. ITO conducting coatings properties improvement via nanotechnology approach // Nano Express. 2021. V. 2. № 010006. P. 1–7.