Feroelektrični nematski tekoči kristali (FNTK) so urejene tekočine z makroskopsko električno polarizacijo. Zaradi polarnosti niso inverzno simetrični, kar omogoča nelinearne optične (NLO) pojave drugega reda, kot je optično frekvenčno podvojevanje (ang. second harmonic generation - SHG). Ker so bili FNTK odkriti pred manj kot desetletjem, smo trenutno v zgodnji fazi raziskav na tem področju. Kljub njihovemu potencialu v fotoniki, so njihove NLO lastnosti trenutno še slabo raziskane. Cilj te doktorske naloge je bil raziskati vpliv molekulske strukture na parametre povezane s procesom SHG (nelinearno susceptibilnost drugega reda $\chi^{(2)}$) in proučiti možnosti strukturiranja površinske ureditve z namenom ustvarjanja NLO vzorcev na tanki plasti.
Molekulske lastnosti FNTK, kot so donorska in akceptorska funkcionalna grupa, določajo njihovo susceptibilnost drugega reda $\chi^{(2)}$. Določili smo vrednosti $\chi^{(2)}$ različnim FNTK materialom. Pri vsakem materialu smo s pomočjo metode Makerjevih oscilacij izmerili več komponent $\chi^{(2)}$, njihovo temperaturno odvisnost in ustrezne vrednosti lomnih količnikov. Poleg feroelektrične nematske ($\mathrm{N_F}$) faze smo proučevali tudi pred kratkim odkriti feroelektrično smektično A ($\mathrm{SmA_F}$) fazo ter polarno kiralno smektično C ($\mathrm{SmC_P^H}$) fazo. Meritve smo primerjali z izračuni, ki so temeljili na njihovih molekularnih lastnostih.
Na podlagi njihovih fleksoelektričnih lastnosti smo pokazali, da lahko s pahljačastimi oblikami ureditve na površini celice vodimo smer električne polarizacije. Na ta način smo proučevali več različnih geometrij polarizacije. Pri raziskavi smo opisali tudi nekaj temeljnih lastnosti feroelektrične nematske faze: težnjo k zmanjšanju pahljačaste deformacije v notranjosti celice, težnjo k tvorbi $\pi$-zasukov zaradi zmanjšanja elektrostatične energije in nastanek električno nabitih topoloških defektov.
Na osnovi teh raziskav smo želeli ustvariti prostorsko modulirane SHG aktivne strukture, pri katerih SHG aktivna območja kontroliramo s polarizacijo vpadnega žarka. Proučevali smo strukture z različnimi vzorci, debelinami celic in materiali. S kombinacijo polarizacijske optične mikroskopije (POM), SHG mikroskopije ter simulacij smo pokazali, da kombinacija periodične pahljačasto oblikovane ureditve na površini celice in spontanega $\pi$-zasuka vzdolž debeline celice, ki je posledica ravnovesja med fleksoelektrično in elektrostatično energijo, predstavlja učinkovit modularni sistem z velikim kontrastom v SHG intenziteti med različnimi območji.
|