J. Phys. France 51, 787-798 (1990)
DOI: 10.1051/jphys:01990005108078700

Study of the SA-SC* phase transition by a dielectric method

C. Legrand et J.P. Parneix

Centre Hyperfréquences et Semiconducteurs , Bât. P4, Université de Lille-Flandres-Artois, 59655 Villeneuve d'Ascq Cedex, France

Abstract
A previously described experimental procedure has been used to perform the large frequency range dielectric study of a ferroelectric liquid crystal oriented in planar geometry (i.e. helix axis perpendicular to the measurement electric field). In addition to the usual relaxation mechanisms observed in liquid crystals, the experimental data show the existence of two relaxation modes (Goldstone mode and soft mode) characteristic of the SA-S C* phase transition. The dielectric strength and the critical frequency of the relaxation mechanisms connected with these two modes were obtained throughout the measurement temperature domain. In the case of the soft mode, this was possible in the SC* phase thanks to the high polarization of the sample and the superimposition on the measurement electric field of a DC electric field high enough to unwind the helix. The experimental data are discussed in terms of a theoretical model based on a Landau-type expansion of the free energy density variation at the SA-SC* phase transition. The main disagreements between the theoretical and the experimental data are connected with the fact that the theoretical model fails in predicting the temperature dependence of the helix pitch. Quantitative evaluations of the friction coefficients were deduced from the data.

Résumé
L'utilisation d'un dispositif expérimental précédemment publié nous a permis de réaliser l'étude diélectrique à large bande de fréquences d'un cristal liquide ferroélectrique orienté dans la géométrie planaire (c'est-à-dire axe de l'hélice perpendiculaire au champ électrique de mesure). En plus des mécanismes de relaxation classiques observés dans les cristaux liquides, les données expérimentales montrent l'existence de deux modes de relaxation (mode de Goldstone et mode « mou ») caractéristiques de la transition de phase SA-SC*. L'amplitude et la fréquence critique des mécanismes de relaxation liés à ces deux modes ont été obtenus dans toute la gamme de température étudiée. Dans le cas du mode « mou », ceci a été possible dans la phase SC* grâce à la forte polarisation du matériau et en superposant au champ électrique de mesure un champ électrique continu suffisamment élevé pour d6rouler l'hélice. Les résultats expérimentaux sont discutés à l'aide d'un modèle théorique basé sur un développement de type Landau de la variation de la densité d'énergie libre à la transition S A-SC*. Les principaux désaccords entre les données expérimentales et les données théoriques sont liés au fait que le modèle théorique ne prédit pas l'évolution en température du pas de l'hélice. Des évaluations quantitatives des coefficients de friction ont été déduits de ces mesures diélectriques.

PACS
6470M - Transitions in liquid crystals.
6130G - Orientational order of liquid crystals; electric and magnetic field effects on order.
7722G - Dielectric loss and relaxation.
7722J - Dielectric breakdown and space-charge effects.

Key words
dielectric properties of liquids and solutions -- dielectric relaxation -- electric strength -- ferroelectric liquid crystals -- free energy -- liquid crystal phase transformations -- soft modes