J. Phys. France 51, 747-756 (1990)
DOI: 10.1051/jphys:01990005108074700

Direct observations of dislocations in thermotropic smectics using freeze-fracture replication

Joseph A. N. Zasadzinski

Department of Chemical and Nuclear Engineering, University of California, Santa Barbara CA 93106, U.S.A.

Abstract
Modern rapid-freezing methods followed by freeze-fracture replication techniques are ideally suited to allow the direct visualization of the three-dimensional structure and defects of thermotropic smectic and cholesteric liquid crystalline phases with resolution approaching molecular dimensions. Cholesterol nonanoate was quench frozen from near the smectic-cholesteric transition to reveal extensive, well defined smectic layers distorted by a high density of screw and edge dislocations. The screw dislocations typically had Burgers vectors of a single layer and commonly organized as twist walls. This is suggestive that the twist present in the cholesteric phase induces a residual twist in the smectic phase incompatible with perfect layering. Screw-edge dislocation loops were also commonly observed, also organized into twist walls. These twist walls have been suggested as being responsible for the breakdown of smectic ordering leading to the cholesteric phase.

Résumé
Les méthodes modernes de trempe suivie de réplication par fracture sont idéales pour la visualisation directe de la structure tridimensionnelle et des défauts dans les phases cristal liquide smectique et cholestérique. La résolution y est proche des distances moléculaires. On a trempé le nonanoate de cholestérol à partir du voisinage de la transition smectique-cholestérique pour mettre en évidence des couches smectiques étendues et bien définies, distordues par des dislocations coins et vis ayant une densité très élevée. Les dislocations vis ont des vecteurs de Burgers de couche unique organisée comme des parois twistées. Il est tentant de penser que le twist présent dans la phase cholestérique induit un twist résiduel dans la phase smectique qui est incompatible avec la mise en forme de couches. On a observé aussi des boucles de dislocations viscoin organisées également en parois twistées. On a suggéré que ces parois soient responsables de la disparition de l'ordre smectique amenant la phase cholestérique.

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

Key words
dislocation loops -- edge dislocations -- freezing -- liquid crystal phase transformations -- organic compounds -- replica techniques -- screw dislocations -- smectic liquid crystals -- twist boundaries