J. Phys. France 46, 2203-2209 (1985)
DOI: 10.1051/jphys:0198500460120220300

(+) 10E4M6 : a critical A-C* and the first C*-hexatic B liquid crystal phase transitions

P. Keller¹, P.E. Cladis², P.L. Finn² et H.R. Brand<sup>3

1</sup>  Laboratoire L. Brillouin, CEN Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France
²  AT & T Bell Laboratories, Murray Hill, NJ 07974, U.S.A.
³  Department of Physics, Kyushu University, 33, Fukuoka, 812, Japan

Abstract
We have determined that the C* phase in (+)10E4M6 (4'-(4-methylhexyloxy)phenyl 4-decyloxybenzoate) occurs between two orthogonal phases : an A phase above 70 °C and a hexatic B phase below 31.3 °C. The C*-A transition shows very little temperature hysteresis and seems continuous with a large anomalous heat capacity. X-ray measurements of the tilt angle, θ, in the C* phase could be described by θ ˜ (TCA - T)β with β = 0.32 ± 0.08, TCA, the C*-A transition temperature. In comparison, a non-chiral analogue of (+)10E4M6 called 10E6 (4'-hexyloxyphenyl 4-decyloxybenzoate), exhibited a much smaller specific heat jump at the C-A transition and β = 0.35 ± 0.07. The C*-hexatic B transition is monotropic and discontinuous. Two lengths coexist in the transition region corresponding to a change in tilt angle from 23° to zero. Strong anchoring conditions of the director orientation by surface treatment forces the layers to reform at the C* to B transition. This is the first unequivocal observation in the polarizing microscope of the reformation of smectic layers at a transition between two smectic phases.

Résumé
Nous avons déterminé que la phase smectique C* dans (+)10E4M6 (4'-(4-méthylhexyloxy)phényl 4-decyloxybenzoate) apparaît entre deux phases smectiques orthogonales : une phase smectique A au-dessus de 70 °C et une phase smectique B hexatique en-dessous de 31,3 °C. La transition C*-A montre peu d'hystérésis en température et semble continue, avec une anomalie de capacité calorifique importante. Dans la phase smectique C*, la variation de l'angle θ, d'inclinaison des molécules est suivie par rayons X; elle peut être décrite par θ ˜ (TCA - T)β avec β = 0,32 ± 0,08 (TCA est la température de transition C*-A). Pour comparaison, un analogue non chiral de (+)10E4M6 a été étudié : (10E6) (4'-hexyloxyphényl 4-décyloxybenzoate). Il présente un saut de chaleur spécifique à la transition C-A plus faible que pour (+)10E4M6 et une variation de θ ˜ (TCA - t)β avec β = 0,35 ± 0,07. La transition C*-B hexatique est monotropique et discontinue. Deux longueurs coexistent au voisinage de la transition, qui correspondent à une variation de l'angle d'inclinaison des molécules de 23° à 0°. Un traitement de surface produit un ancrage fort de l'orientation du directeur à la surface et oblige les plans smectiques à se reformer à la transition C*-B hexatique. Celle-ci représente la première observation non équivoque au microscope polarisant de la reformation des plans smectiques à une transition entre deux phases de genre smectique.

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

Key words
hysteresis -- liquid crystal phase transformations -- molecular orientation -- smectic liquid crystals -- specific heat of liquids -- X ray diffraction examination of liquids