Etude de l'effet d'un champ magnétique sur l'orientation d'un cristal liquide nématique thermotrope (5CB) ou lyotrope (goethite) : une étape vers l'obtention d'un nématique hybride organique / inorganique
Résumé
L'idée de l'association de charges inorganiques avec un cristal liquide organique thermotrope remonte au modèle de Brochard et De Gennes dans les années 80, mais elle est toujours d'actualité parmi les expérimentateurs : le dopage de cristaux liquides organiques par des nanoparticules permettrait en effet d'améliorer leurs caractéristiques tant diélectriques que magnétiques [1]. Un des effets du dopage serait d'abaisser le champ seuil (électrique ou magnétique) de la transition de Fredericksz observée quand un cristal liquide est soumis aux orientations antagonistes (homéotrope versus planaire) de l'ancrage sur la surface de la cuve et de l'orientation induite en volume par le champ [2]. Même en l'absence de nanoparticules magnétiques, le diamagnétisme naturel des molécules aromatiques qui composent le 4-cyano-4'-pentylbiphenyl (5CB) peut être mesuré avec un dispositif de biréfringence [3]. Ce même dispositif que celui que nous utilisons couramment pour mesurer la biréfringence magnéto-induite des nanoparticules magnétiques (ferrofluides) nous a permis : (i) de déceler précisément le seuil de la transition de Fredericksz pour le 5CB pur (0.1 Tesla pour une cuve de 100µm) ; (ii) de suivre une autre transition d'orientation mise en évidence par Bruno Lemaire et coll. [4] avec un autre type de nématique, cette fois-ci purement inorganique, la goethite Α-FeOOH, qui peut facilement être synthétisée en laboratoire [5]. Cette transition repose sur la compétition entre le moment magnétique permanent parallèle aux bâtonnets de goethite et leur moment induit qui lui est perpendiculaire. Dans cette communication, nous tenterons d'expliquer pourquoi il serait plus judicieux de doper un cristal liquide thermotrope par des nanparticules allongées plutôt qu'isotropes afin d'abaisser les champs magnétiques nécessaires à réorienter les domaines. Nous donnerons aussi des résultats préliminaires de la transition d'orientation magnétique avec de la goethite dopée par des ions paramagnétiques. Références : [1] Ferroelectric Particles in Liquid Crystals: Recent Frontiers Anatoliy Glushchenko, Chae Il Cheon, John West, Fenghua Li, Ebru Büyüktanir, Yuri Reznikov and Alexander Buchnev Molecular Crystals and Liquid Crystals, 453:227-237, 2006 [2] Study of magnetic Fredericksz transition in ferronematic M. Konerackf, V. Kellnerova, Kopcansky, T. Kuczynski, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 140-144 (1995) 1455- 1456 [3] Magnetic birefringence in a liquid crystal: An experiment for the advanced undergraduate laboratory, Thomas Moses, Brian Durall, and Gregory Frankowiak Am. J. Phys. 68 (3), March 2000 [4] Physical properties of aqueous suspensions of goethite (α-FeOOH) nanorods Part I: In the isotropic phase B.J. Lemaire, P. Davidson, J. Ferré, J.P. Jamet, D. Petermann, P. Panine, I. Dozov, and J.-P. Jolivet Eur. Phys. J. E 13, 291–308 (2004) [5] Synthesis of acicular Α-FeOOH particles at a very high pH, S. Krehula, S. Popovic, S. Music, Materials Letters 54 (2002) 108–113