J. Phys. France 42, 61-70 (1981)
DOI: 10.1051/jphys:0198100420106100

Quasicrystalline behaviour and phase transition in cholesteric « blue » phase

M. Marcus

Bell Laboratories, 600 Mountain avenue, Murray Hill, New Jersey 07974, U.S.A.

Abstract
The properties and morphology of the cholesteric « blue » phase (BP) are discussed in terms of the « quasicrystalline » (QC) hypothesis, which states that the BP is ordered with three-dimensional translational periodicity. The lattice parameter of the « crystalline » BP is comparable to optical wavelengths, giving rise to Bragg diffraction effects. These effects provide the means by which the BP is made visible in reflection and transmission microscopy. Experimental evidence is presented which backs up this claim. A phase which may be the « liquid » version of the « crystalline » BP is reported for the first time. This phase looks like a uniform fog, with optical rotation in the same direction as the BP, and exists for some compounds in a narrow temperature range between the BP and isotropic state. Defects in the BP are shown, and found to be explainable as dislocations, further supporting the QC hypothesis. Linear arrays of such defects are found to occur, and to have the properties expected of low-angle grain boundaries. The phase transition seen by Bergmann et al. is discussed, with emphasis on the growth morphologies observed, and how it fits into the QC hypothesis.

Résumé
L'hypothèse dite «quasi-cristalline » (QC) énonce que la phase bleue (BP) d'un cholestérique est ordonnée comme un réseau périodique tridimensionnel. Les propriétés physiques et la morphologie de la phase bleue sont discutées en fonction de cette hypothèse (QC). Puisque la longueur d'onde associée à la période du réseau cristallin de cette phase est dans le domaine du visible, il est possible de voir au microscope les effets de la diffraction de Bragg soit par transmission, soit par réflexion. L'expérience qui permet de vérifier cette hypothèse est décrite. L'existence d'une phase qui peut être interprétée comme un état « liquide » de la BP cristalline est signalée pour la première fois. Lorsque cette phase est présente, on la trouve dans une gamme de température très étroite entre la BP cristalline et l'état isotrope liquide du cholestérique. Elle a l'aspect d'un brouillard uniforme dont le pouvoir rotatoire tourne dans la même direction que celui de la BP cristalline. On montre que les défauts de la BP peuvent être interprétés comme des dislocations. Ceci est un argument supplémentaire en faveur de l'hypothèse QC. Lorsque ces défauts sont disposés linéairement, ils ont les mêmes propriétés que les joints de grains à petits angles. Finalement, on discute dans le contexte de l'hypothèse QC, la transition de phase trouvée par Bergmann et al. en mettant l'accent sur les observations de la morphologie de croissance.

PACS
6130E - Experimental determinations of smectic, nematic, cholesteric, and other structures.
6470M - Transitions in liquid crystals.

Key words
cholesteric liquid crystals -- dislocations -- grain boundaries -- liquid crystal phase transformations -- optical microscopy -- optical rotation