J. Phys. France 50, 461-483 (1989)
DOI: 10.1051/jphys:01989005004046100

Frustration and helicity in the ordered phases of a discotic compound

Paul A. Heiney¹, Ernest Fontes¹, Wim H. de Jeu², Antoni Riera³, Patrick Carroll³ et Amos B. Smith<sup>3

1</sup>  Department of Physics and Laboratory for Research on the Structure of Matter, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104, U.S.A.
²  FOM-Institute for Atomic and Molecular Physics, Kruislaan 407, 1098 SJ Amsterdam, The Netherlands
³  Department of Chemistry and Laboratory for Research on the Structure of Matter, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104, U. S.A.

Abstract
We have used X-ray diffraction to study the discotic mesophases D hd and Dho and the low temperature crystalline K phase of hexa(hexylthio)triphenylene. The high-temperature liquid crystalline Dhd phase is composed of a two-dimensional triangular array of columns, with short range intracolumn order. The intermediate-temperature Dho phase consists of a triangular array of columns with periodic positional and incommensurate helical intracolumn order. Furthermore, a three-column superlattice is found, which may result from the frustration imposed by molecular interdigitation in triangular symmetry. We suggest that the Dhd → Dho transition is driven by the increase in hydrocarbon tail stiffness and length with decreasing temperature. The K phase is found to be monoclinic. The K → Dho transition can be accomplished by a relatively minor displacement of the molecules.

Résumé
Nous avons étudié les mesophases Dhd et Dho et la phase cristalline K à basse température de l'hexa(hexylthio)triphenylene par diffraction de rayons X. La phase cristal liquide Dhd à haute température est formée d'un arrangement triangulaire à deux dimensions de colonnes avec un ordre entre colonnes à courte distance. La phase D ho à température intermédiaire est formée d'un arrangement triangulaire de colonnes ayant un ordre périodique de position et un ordre hélicoïdal incommensurable. En outre, on retrouve un super-réseau à trois colonnes qui peut résulter de la frustration imposée par l'interdigitation de la symétrie triangulaire. Nous suggérons que la transition Dhd → D ho. est déterminée par l'augmentation de rigidité et de longueur des chaînes hydrocarbonées due à la décroissance en température. La phase K est monoclinique. La transition K →Dho peut s'effectuer par un déplacement moléculaire relativement petit.

PACS
6470M - Transitions in liquid crystals.
6130E - Experimental determinations of smectic, nematic, cholesteric, and other structures.
6166H - Organic compounds.

Key words
crystal atomic structure of organic compounds -- discotic liquid crystals -- liquid crystal phase transformations -- organic compounds -- X ray diffraction examination of liquids