J. Phys. France 45, 113-128 (1984)
DOI: 10.1051/jphys:01984004501011300

A high resolution X-ray scattering study of the phases and phase transitions in N-(4-n-butyloxybenzylidene)-4-n-heptylaniline (40.7)

B.M. Ocko¹, A.R. Kortan¹, R.J. Birgeneau¹ et J.W. Goodby<sup>2

1</sup>  Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139, U.S.A.
²  Bell Laboratories, Murray Hill, NJ 07974, U.S.A.

Abstract
We report high resolution X-ray scattering measurements of the smectic phases and phase transitions in the material N-(4-n-butyloxy-benzylidene)-4-n-heptylaniline (40.7) (I → N → Sm A → Sm C → Sm B). For the nematic to smectic A transition we have measured the critical exponents γ = 1.45 ± 0.03, ν ∥ = 0.78 ± 0.02, and ν⊥ = 0.65 ± 0.02. The in-plane positional correlations in the smectic A phase are described by a nearly two dimensional azimuthally-averaged Lorentzian liquid lineshape with a correlation length of 15.8 Å. Measurements of the molecular tilt and lattice spacing in the smectic C phase along with previously reported heat capacity and light scattering measurements indicate that the smectic A-smectic C transition is described by a mean-field Landau-Ginsburg theory with an anomalously large sixth order term. The smectic C to smectic B phase transition is first order with a coexistence region of approximately 0.5 °C. Within this region the smectic B phase may coexist with either a smectic A or a smectic C phase. Finally, in the smectic B phase the layers undergo a continuous restacking transition from an ABAB to ABCABC stacking sequence with decreasing temperature between 35 and 31°C.

Résumé
Nous présentons les résultats obtenus par diffusion de rayons-X à haute résolution sur les phases smectiques et les transitions de phases du N-(4-n-butyloxybenzylidène)-4-n-heptylaniline (40. 7) (I → N → Sm A → Sm C → Sm B). Pour la transition nématique-smectique A nous avons déduit les exposants critiques γ = 1,45 ± 0,03, ν ∥ = 0,78 ± 0,02 et γ⊥ = 0,65 ± 0,02. Les corrélations de position dans les plans de la phase smectique A sont décrites par une lorentzienne presque bidimensionnelle et moyennée dans la direction azimuthale avec une longueur de corrélation de 15,8 A. En plus de mesures antérieures de la capacité calorifique et de diffusion de lumière, des mesures de l'angle d'inclinaison moléculaire et de la séparation des couches dans la phase smectique C indiquent que la transition smectique A-smectique C est correctement décrite par une théorie du type champ moyen Landau-Ginsburg avec un terme de sixième ordre anormalement grand. La transition smectique C-smectique B est du premier ordre avec une région de coexistence d'approximativement 0,5 °C. A l'intérieur de cette région la phase smectique B peut coexister avec une phase soit smectique A soit smectique C. Dans la phase smectique B les couches passent par transition continue d'une séquence d'empilement ABAB à ABCABC quand la température décroît de 35°C à 31°C.

PACS
6470M - Transitions in liquid crystals.

Key words
Ginzburg Landau theory -- liquid crystal phase transformations -- nematic liquid crystals -- organic compounds -- smectic liquid crystals -- X ray diffraction examination of microstructure