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Auteur(s)
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Philippe BAROIS : Docteur ès sciences - Directeur de Recherche au Centre National de la Recherche scientifique
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L’étude des cristaux liquides a commencé entre 1850 et 1880 avec l’observation de substances étranges, d’origine biologique pour la plupart, présentant plusieurs points de fusion. Leur véritable découverte est toutefois attribuée au botaniste autrichien F. Reinitzer qui fut le premier, en 1888, à reconnaître dans l’état fluide opalescent d’un dérivé du cholestérol un nouvel état de la matière. Le physicien allemand O. Lehmann, concepteur du premier microscope polarisant à platine chauffante, proposa le nom de cristal liquide en 1890 et c’est en 1922 que le Français G. Friedel établit la classification et la nomenclature des phases les plus usuelles : états nématique, smectique et cholestérique.
Très active jusqu’en 1930, la recherche sur les cristaux liquides connut un relatif sommeil jusqu’en 1958. Le renouveau et l’essor de la discipline à partir de 1960 sont dus à l’apparition de nouveaux cristaux liquides de synthèse, à l’intérêt théorique suscité par leurs propriétés critiques et structurales variées et surtout à leurs applications technologiques parmi lesquelles les plus réussies sont les affichages.
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4. Cristaux liquides chiraux
Bien que souvent proches des mésophases déjà décrites, les cristaux liquides formés de molécules chirales (ou dopés par des impuretés chirales) ont une importance toute particulière par leur physique et leurs applications. Une molécule mésogène chirale est généralement obtenue par l’introduction d’un carbone à quatre substituants différents (carbone asymétrique).
4.1 Mésophase cholestérique
En présence de chiralité, un ordre nématique acquiert une torsion spontanée de pas P 0 et d’axe perpendiculaire au directeur (figure 13). Les deux énantiomères (R) et (S) d’un produit chiral donnent des hélices de sens opposé (droite et gauche). L’ordre nématique chiral torsadé est appelé cholestérique (du nom des esters de cholestérol, naturellement chiraux où il fut observé pour la première fois).
Le pas d’une structure cholestérique est typiquement de l’ordre du micromètre (de 0,1 à 10 µm et plus) ce qui confère à la structure cholestérique des propriétés optiques remarquables.
Pour des pas voisins des longueurs d’onde optiques, la périodicité de la structure cholestérique (de période P 0 / 2) donne naissance à une réflexion sélective de la lumière. Une onde lumineuse de longueur d’onde λ et de polarisation circulaire droite envoyée parallèlement à l’axe d’une hélice cholestérique droite est réfléchie totalement sous la condition
étant l’indice de réfraction moyen). L’onde réfléchie est elle-même circulaire droite (contrairement à une réflexion sur un miroir). Une onde circulaire gauche de même fréquence est simplement transmise. Ainsi une onde incidente polarisée rectiligne de longueur d’onde
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Cristaux liquides chiraux
BIBLIOGRAPHIE
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(2) - CHANDRASEKHAR (S.) - Liquid Crystals. - 2e Éd. Cambridge University Press (1992).
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(3) - MALTHÈTE (J.), LEVELUT (A.M.), NGUYEN (H.T.) - * - J. Physique Lett. France 46, 875 (1985).
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(4) - LANDAU (L.), LIFSCHITZ (E.) - Physique statistique. - Éditions MIR, Moscou (1967).
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(5) - JANNING (J.L.) - * - Appl. Phys. Lett. 21 (1973) 173. URBACH (W.), BOIX (M.) ET GUYON (E.). – Appl. Phys. Lett. 25, 479 (1974).
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(6) - RENN (S.R.), LUBENSKY (T.C.) - * - Phys. Rev. A38, 2132 (1988).
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