Opto-mechanical effects in nematic and cholesteric liquid crystals

Il lavoro si inserisce in un programma di ricerca teso a mettere in evidenza alcuni fenomeni termodinamici di non equilibrio proibiti per ragioni di simmetria nei materiali normali, ma permessi nei materiali chirali. Questi fenomeni coinvolgono l’accoppiamento tra una forza termodinamica di tipo polare e un flusso di tipo assiale. La relativa costante di accoppiamento è quindi uno pseudo-scalare. Si tratta, in generale, di effetti molto deboli e difficili da rivelare, poiché il grado di chiralità dei materiali formati da molecole chirali è, in genere, molto piccolo. I cristalli liquidi colesterici, invece, possiedono una chiralità di tipo strutturale, che è molti ordini di grandezza più grande della chiralità di origine molecolare e sono quindi materiali ideali per l’osservazione sperimentale di tali effetti. Il più noto tra gli effetti termodinamici legati alla chiralità dei colesterici è l’effetto Lehman, che è l’oggetto di studio di questo lavoro. L’effetto consiste nella rotazione della struttura colesterica indotta dall’applicazione di un gradiente di temperatura o di un campo elettrostatico. Sebbene il fenomeno sia stato osservato al microscopio da Lehman fin dal 1900, ogni tentativo di misura quantitativa è finora fallito, per via di effetti concomitanti, come l’effetto flesso-elettrico, legati al difficile controllo della geometria sperimentale (usualmente micro-gocce di colesterico in ambiente isotropo). L’idea di base del lavoro è quello di utilizzare un fascio di luce focalizzato per creare la “gocciolina” colesterica in un ambiente nematico che abbia una simmetria cilindrica attorno alla direzione della velocità angolare di rotazione indotta. La luce svolge un ruolo puramente ausiliario, che permette, però, il controllo accurato della geometria del profilo colesterico, in modo da poter escludere gli effetti concorrenti.