Institut des
NanoSciences de Paris
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Films de cristaux liquides : Déformations et défauts topologiques

Emmanuelle Lacaze

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Nous étudions comment la mise en place de défauts topologiques a lieu dans les cristaux liquides et comment on peut la contrôler, par exemple pour une auto-organisation ultérieure de nanoparticules Ce sont les interfaces qui induisent une frustration dans les films minces smectiques, les couches smectiques étant perpendiculaires au substrat et parallèles à l’interface avec l’air. Les films minces relaxent alors par la formation de réseaux de défauts auto-organisés. Nous avons mis en évidence par le passé leur structure (stries huileuses) sur substrat cristallin, MoS2 et mica, et son évolution lorsque l’épaisseur du film varie [18, 20, 23, 30, 35]. Les couches smectiques se courbent pour former des hémicylindres empilés, aplatis et parallèles au substrat (Figure). A la jointure de deux hémicylindres voisins on trouve des joints de grain (W sur la figure) dont la présence est imposée par le fait que le film doit être le plus plat possible (grande tension de surface à l’air). Au plus près de l’axe de courbure des hémicylindres, il y a un joint de grain tournant qui évite la mise en place de couches smectiques dont le rayon de courbure serait trop petit (RGB sur la figure).

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Sur substrat de polymère frotté (PVA), nous avons réussi à orienter les hémicylindres suivant une direction unique, perpendiculaire au frottement. En couplant diffraction des rayons X et ellipsométrie [57], nous avons mis en évidence la nature des défauts topologiques associés à la présence des joints de grain et nous avons révélé comment la forme des joints de grain est intimement liée à la présence ou à l’absence de ces défauts. Ainsi, la forme du RGB est liée à l’absence de dislocations à la base du joint de grain, toutes les dislocations étant expulses au sommet du RGB (Figure) [65]. Ces films frustrés peuvent finalement être considérés comme une structure hiérarchique de défauts topologiques, avec la coexistance de trois types de défauts, tous orientés suivant l’axe des hémicylindres (Figure) : dislocations linéaires à la base de W (faibles vecteurs de Burger), au sommet du RGB (grand vecteurs de Burger) et joint de grain fondu (nématique) entre une sous-couche de couches perpendiculaires au plus près du substrat et les couches courbées [65]. Nous explorons actuellement comment ces assemblées périodiques de défauts permettant un contrôle de l’auto-organisation de nanoparticules, mais aussi comment faire évoluer l’assemblée de défauts, par exemple par le substrat qui modifie la structure de la sous-couche de couches smectiques perpendiculaires.

Thèse : D. Coursault, L. Pelliser et I. Nemitz

Collaborateurs : B. Gallas, M. Goldmann (INSP), B. Haj Ibrahim, A. Di Martino (de Physique des Interfaces et Couches Minces (LPICM), Ecole Polytechnique), B. Zappone (CNR-IPCF, Liquid Crystal Laboratory, Universita della Calabria, Italie), A. Coati, Y. Garreau (Synchrotron Soleil, Saint Aubin), N. Boudet (synchrotron ESRF, grenoble).