介绍自由立场ing薄膜(FSF)自20世纪70年代发现以来一直是新的液晶科学的源泉，因为FSF可以由具有体积液晶相的单组分分子组成欧洲杯线上买球的单一近晶层。对FSF的研究对于目前对液晶相行为的理解至关重要，并且还在凝聚物物理学中解决了一个重要问题，为二维系统中的相变的研究提供了独特的实验条件。 FSF是一个非常有趣的对象，首先是由于明显的表面效果。此外，FSF可以被认为是用于研究液晶表面现象的纯系统。此外，在实验中，更容易获得非常薄的FSF(厚度小于1000Å)，而不是夹在玻璃基板之间的薄薄的液晶层。 利用光弹性调制器(PEM)透射椭偏仪研究了4-辛基-4 ' -氰基联苯(8CB)液晶FSF的光学特性。薄膜厚度、层间距和8CB-FSF的折射率各向异性由超常射线与普通射线相位差的入射角决定，具体如下:通过改变薄膜厚度和折射率的各向异性来模拟相位差，然后用最小二乘法将模拟值与实验结果进行拟合[1-3]。 分子动力学(MD)模拟已经被认为是在分子尺度上理解物质的结构和物理性质的有效方法。这种方法也被应用于液晶的体积特性。已有一些研究报道对吸附在底物上的8CB分子进行MD模拟[4,5]。然而，目前还没有对8CB的本体和FSF进行MD仿真比较的研究。 本文通过MD模拟讨论了8CB-FSF和8CB-BULK的结构随温度的变化。从仿真结果讨论了订单参数，层间距和膜厚度的温度依赖性。 液晶和仿真条件本文所讨论的8CB液晶以近晶A (SmA)相和向列相(N)相为中间相[6]。图1显示了8CB的化学式和相序。 
图1。8CB的化学式和相序。 为了研究独立膜(FSF)的微观行为，对由液晶双分子层(64 8CB分子)和模式大气层(16 N)组成的系统进行了分子动力学(MD)模拟2和4 O2分子)。图2显示了MD模拟单元中8CB-FSF的初始配置快照。为了对FSF和体积的比较，MD模拟仅对仅64个8CB分子的系统进行，其初始结构与FSF双层的系统相同。 
图2。MD仿真小区中8CB-FSF初始配置的快照。 通过对一个分离的8CB分子(MOPAC2000, PM3, ESP)的分子轨道计算，得到了8CB分子的初始构象和部分原子电荷。基于四轴对排列来确定双层分子的初始配置[7]。 MD模拟使用MASPHYC (Fujitsu Co. Ltd.)[8]软件包进行，这是一个多用途的有机和无机材料MD模拟器，具有各种潜在功能库。欧洲杯足球竞彩MASPHYC已经被用于液晶介晶体的研究，因为这个包包括一些适合自组织系统的分析工具[9,10]。 由于化学键，DREIDED参数用于计算构象电位[11]。利用oppls参数计算了同一分子和不同分子[12]中非键原子之间的范德华相互作用。这种互动的截止半径设定为10Å．在此基础上，用Ewald法计算了静电相互作用D部分原子收费。 将三维周期边界条件施加于FSF系统和整体上。然而，在FSF的情况下，边界条件在层正常的方向上产生可忽略不计的效果，因为复制8CB双层通过大气层与原始双层分离，其厚度远远大于切断半径。 MD仿真在NTP集合中执行。温度T由鼻算法调节[13]。通过Parrinello-Rahman算法将压力P保持恒定在1个ATM中[14]。时间间隔为0.8 fs，总模拟时间为1.6 ns。 值得注意的是，本文中的MD模拟是在没有任何特定条件下再现FSF的情况下进行的。也就是说，没有引入表面张力和外力等增强因素，也没有对潜在参数进行修改。 结果和讨论对8CB的独立膜(8CB- fsf)和主体膜(8CB- bulk)进行了分子动力学模拟。用普通的仿真方法成功地再现了FSF。本文的讨论主要集中在FSF (SmA-FSF)的近晶A相，这是我们以前的研究中实验观察到的[1- 3,15]。 图3显示了在410K时为8CB-FSF的定义顺序参数S的时间演变。在1.2 ns范围内，S随时间推移逐渐减小，1.2 ns后呈现平稳波动。计算机动画表明，分子从1.2 ns内的初始约束中释放，并且它们显示了1.2 ns后对应于SMA相的热运动。其他温度下的模拟也显示了1.6 ns内的热弛豫，因此模拟结果的分析是基于1.6 ns下的快照。8cb [16-18]和类似物[19,20]的分子模拟研究已经暗示，可以主要在2 ns内观察相形成的轮廓，细节结构和动态性质的精确分析需要超过5 ns．1.6 ns的模拟为验证FSF是否由普通范德华相互作用形成提供了足够的信息，而获得精确的相变温度和详细分析分子运动还需要更长的模拟时间进行进一步研究。 
图3。410k时8CB-FSF取向序参量S的时间演化。 图4显示了8CB-FSF在不同温度下的快照。300k和340k的结构是结晶相的结构。在380 K和410 K处的结构与我们之前的研究中观察到的SmA相一致[1-3]。420 k，440k和480 k处的结构是n阶段的结构。在550 k处，由于大的各向同性湍流，FSF不能存在。这些快照允许估计过渡温度：晶体→SmA在340k到380k之间→N在410 K和420 K之间。由于本文的主要目的是证明SmA-FSF的存在性，因此对N→在下一步工作中，将讨论各向同性过渡，包括各向同性膜的存在。实验中只观察到SmA相在我们之前的研究中[1-3]。由于大气和液晶层(图2)之间的界面的存在，这些转变温度比本体(图5)要高。 
图4。在1.6 ns不同温度下8CB-FSF的快照。 图5显示了8CB-BULK的快照。相变温度估计如下:晶体→SMA介于320 k和330 k之间，SMA→N在340到350 K之间，N→各向同性介于430 k和440 k之间。这些温度高于实验结果（图1）由于所谓的尺寸效应：由于周期性边界条件的过度影响，具有少量分子的分子模拟提供了更高的相变温度。 
图5。在1.6 ns的各种温度下8cb-bulk的快照。 图6显示了8CB-FSF的快照，8CB-FSF和8CB批量在350 K.虽然模拟是在完全相同的条件下进行的，但结构上的差异仍然很明显:8CB-FSF处于结晶相，8CB-BULK处于N相。 
图6。8CB-FSF的分子结构的快照和350 k和1.6ns的8cb-ins。 图7显示了定义顺序参数S对于8CB-FSF和8CB-BOLK的温度依赖性。s的值同意从快照估计的相位序列（图4,5）。在300k ~ 380k之间的8CB-FSF系统显示出与结晶相对应的高阶参数，而在380k ~ 410k之间的8CB-FSF系统显示出与SmA相对应的中间阶参数。在块状的情况下，300k和320 k之间的系统处于结晶相中，并且在330 k和340k之间的系统处于SMA相之间。需要注意的是，FSF显示SmA相的温度范围比本体更高更宽。通过透射椭偏测量测量，还针对类似物液晶（MHPOBC）观察了该结果[15]。由于界面的存在而导致的分子间相互作用的不对称是FSF稳定性的根源。对于靠近界面附近的液晶分子，内向范德瓦尔斯吸引力在向外的膜上显着，因为薄膜中的液晶分子比大气中的N 2和O 2分子具有更大的密度和分子量。因此，液晶分子轻微向内移动，其轴向分子运动被抑制。 
图7。层结构中8CB-FSF和8CB-BULK取向序参量S在1.6 ns时的温度依赖性。
图8显示了8CB-FSF和8CB-BULK的层间距h与温度的关系。层间距是根据每层分子重心的平均位置计算出来的。8CB-FSF的h几乎是恒定的(20在300k ~ 370k的晶相中，h逐渐下降到15Å，在380k ~ 410k的SmA相中。相比之下，本体中的h与相和温度无关。在SMA阶段的情况下，H在T中他的FSF比批量小。这种收缩也在我们的透射椭偏测量[1]中观察到。收缩的主要原因是界面的存在导致了上述分子间的不对称相互作用。S的降低对收缩率的影响很小，因为在390 K时FSF的h小于在330 K时的体积，尽管事实上这两个体系提供的S几乎相等。 
图8。层结构中8CB-FSF和8CB-BULK层间距h在1.6 ns时的温度依赖性。 图9显示了膜厚度D对于8CB-FSF和8CB-块状的温度依赖性。根据顶层和底层中分子的最外原子的平均位置计算FSF的膜厚度。在体积的情况下，对与FSF相同数量的次要层进行该计算。d与h的温度依赖性相似(图8)。 
图9。膜厚D的8CB-FSF和8CB-块体在层结构中的温度依赖性。 结论在我们之前的研究[1-3]中首次观察到的4-辛基-4 ' -氰基联苯(8CB)液晶的独立膜(FSF)，是利用普通的成对原子力参数，没有任何特殊的唯象约束，通过分子动力学(MD)模拟再现的。这一结果表明，独立薄膜主要是由液晶分子之间的范德华引力稳定的，而精确的相变机制还需要进一步研究。 通过模拟可以初步分析过渡温度、序参量、层间距和膜厚。这些分析表明，界面的存在稳定了独立薄膜并降低了它们的膜厚度。同意实验观察的最重要结果是，独立薄膜显示比散装更高而更宽的温度范围的SMA相。 对独立薄膜层间距和稳定性的研究是开发应用装置的关键，而实验分析系统尚未开发充分。进一步的精确模拟通过实验分析，有望阐明独立膜的形成机理。 参考1.N. Matsuhashi, Y. Okumoto, M. Kimura和T. Akahane，“4-辛基-4 ' -氰基联苯液晶独立薄膜的薄膜厚度和折射率各向异性的测定”，日本。j:。理论物理。， 41(2002) 4615-4619。 2.N. Matsuhashi, Y. Okumoto, M. Kimura and T. Akahane， "透射椭偏法4-辛基-4'-氰基己烯基液晶 - 结晶自卸薄膜“，JPN。j:。物理。，43（2004）2624-2625。 3.N. Matsuhashi, Y. Okumoto, M. Kimura和T. Akahane，“4-辛基-4 ' -氰基联苯液晶独立薄膜的光学性质”，日本。j:。理论物理。， 44(2005) 582-586。 4.D. J. Cleaver和D. J. Tildesley，“4-辛基-4'-氰基苯基的结构的计算机建模”，吸附在石墨上“，摩尔。物理。，81（1994）781-799。 5。7 . M. Yoneya和Y. Iwakabe，“基于分子动力学模拟的聚合物表面结构对液晶排列的影响”，液晶学报。， 21(1996) 817-827。 6。Y. oouchi，Y.Takanishi，H. Takezoe和A. Fukuda，“山脊层结构和曲折型液晶曲折焦点”，JPN。j:。物理。，28（1989）2547-2551。 7.Y.沉，“通过光学二次谐波产生液晶单层和薄膜的研究”，Liq。晶体，5（1989）635-643。 8.M. Takeuchi, K. Ishibashi, T. Ishigai，“MASPHYC计算材料设计系统的开发与应用”，“高性能计算应用软件包”，富士通科学。技术，33(1997)52-61。 9.“反铁电近晶材料的结构和稳定性的分子动力学研究”，《铁电学》，245(2000)139-146。欧洲杯足球竞彩 10。H.Toriumi，M. Yoshida，M.Mikami，M. Takeuchi和A. Mochizuki，排水液晶分子的计算机模拟：弯曲结构形成的起源和晶相中MHPOBC的分子包装特性“，J.理论物理。化学。，100（1996）15207-15210。 11.梅奥、奥拉夫森和戈达德博士”,亮：分子模拟的通用力场“，J. phy。化学。，94（1990）8897-8909。 12.J. D. Madura和C. J. Swenson，“液态烃分子间势函数的优化”，J. Am。化学。Soc。， 106(1984) 6638-6646。 13。S.鼻子，“恒温分子动力学方法的统一配方”，摩尔。物理。，52（1984）255-268。 14。陈志强，“晶体结构与偶势的分子动力学研究”，物理学报。启。1196-1199。 15.“利用透射椭偏法研究MHPOBC独立薄膜的层状结构”，光子学报。结晶的液体。， 365(2001) 835-844。 16。A. J. McDonald和S. Hanna，“晶体表面8CB分子阶梯润湿的原子计算机模拟”，Mol. Crystal。结晶的液体。， 413(2004) 135-144。 17。M. I. CAPER和E. CEBE，“液晶的旋转粘度：分子动力学研究”，化学。理论物理。Lett。，407（2005）454-459。 18.李志刚，“近密液晶的结构与动力学研究”，光子学报，vol . 32, no . 3, pp . 341 - 346。E版，64(2001)051703。 19.M. R. Wilson和M. P. Allen，“基于真实原子-原子势的介晶分子计算机模拟”，Mol. crystal。结晶的液体。， 198(1991) 465-477。 20。“4′-戊氧基-4-氰基联苯(5OCB)的分子动力学研究”，清华大学学报(自然科学版)。结晶的液体。列托人。， 8(4)(1991) 69-74。 联系方式 |