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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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Cristaux liquides chiraux
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3. Transitions de phases, propriétés critiques
3.1 Généralités
Les classifications d’Ehrenfest et de Landau reconnaissent deux types de changement d’état (ou transitions de phases).
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Les transitions de premier ordre (ou discontinues) s’accompagnent d’un changement brutal de propriétés physiques avec ou sans changement de symétrie (solide-liquide ou liquide-vapeur par exemple). Elles mettent en jeu une enthalpie de transition de phase (ou chaleur latente). Elles peuvent se terminer sur un point critique isolé dans le cas de phases de même symétrie (comme liquidevapeur).
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Les transitions de deuxième ordre (ou continues) s’accompagnent toujours d’un changement de symétrie décrit par un paramètre d’ordre qui est nul dans la phase de plus haute symétrie (généralement de plus haute température), non nul dans la phase la moins symétrique (ou condensée) et continu à la transition. Dans l’exemple classique des systèmes magnétiques, la phase de haute symétrie est paramagnétique, la phase condensée est ferromagnétique et le paramètre d’ordre est l’aimantation M qui décroît continûment vers zéro à la température critique T c (ou point de Curie) avec une loi :
M = M0 (Tc – T ) βoù l’exposant critique β vaut 0,33.
La transition se fait sans enthalpie de changement d’état mais avec divergence en lois de puissance de grandeurs physiques comme la susceptibilité magnétique [en (T c – T ) –γ ], la longueur de corrélation [en (T c – T )–ν ] ou la capacité thermique à pression constante [en (T c – T )–α ]. Les modèles de champ moyen, qui ignorent les fluctuations spatiales du paramètre d’ordre, sont qualitativement corrects mais ne donnent pas les bonnes valeurs des exposants critiques (l’exposant β par exemple vaut 1/2 en théorie de champ moyen).
C’est un succès de la physique statistique des années 60 d’avoir montré et expliqué que les comportements critiques représentés par la valeur des exposants critiques (α, β, γ, ν, etc.) étaient universels :...
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Transitions de phases, propriétés critiques
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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