Experiments and analysis of combined diffraction and self diffraction effects in a nematic liquid crystal cell

The potential for nonlinear optical processes in nematic-liquid-crystal cells is great due to the large phase changes resulting from reorientation of the nematic-liquid-crystal director. Here the combination of diffraction and self-diffraction effects are studied simultaneously by the use of a pair of focused laser beams which are coincident on a homeotropically aligned liquid-crystal cell. The result is a complicated diffraction pattern in the far field. This is analyzed in terms of the continuum theory for liquid crystals, using a one-elastic-constant approximation to solve the reorientation profile. Very good comparison between theory and experiment is obtained. An interesting transient grating, existing due to the viscosity of the liquid-crystal material, is observed in theory and practice for large cell-tilt angles.

Observations of diffraction and self diffraction effects during two wave mixing in a nematic liquid crystal

We report observations of the diffraction pattern resulting when a nematic liquid crystal is illuminated with two equal power, high intensity beams of light from an Ar+ laser. The time evolution of the pattern is followed from the initial production of higher diffraction orders to a final striking display arising as a result of the self-diffraction of the two incident beams. The experimental results are described with good approximation by a model assuming a phase distribution at the output plane of the liquid crystal in the form of the sum of a gaussian and a sinusoid.

Observations of diffraction and self diffraction effects during two wave mixing in a nematic liquid crystal

We report observations of the diffraction pattern resulting when a nematic liquid crystal is illuminated with two equal power, high intensity beams of light from an Ar+ laser. The time evolution of the pattern is followed from the initial production of higher diffraction orders to a final striking display arising as a result of the self-diffraction of the two incident beams. The experimental results are described with good approximation by a model assuming a phase distribution at the output plane of the liquid crystal in the form of the sum of a gaussian and a sinusoid.

Experiments and analysis of combined diffraction and self diffraction effects in a nematic liquid crystal cell

The potential for nonlinear optical processes in nematic-liquid-crystal cells is great due to the large phase changes resulting from reorientation of the nematic-liquid-crystal director. Here the combination of diffraction and self-diffraction effects are studied simultaneously by the use of a pair of focused laser beams which are coincident on a homeotropically aligned liquid-crystal cell. The result is a complicated diffraction pattern in the far field. This is analyzed in terms of the continuum theory for liquid crystals, using a one-elastic-constant approximation to solve the reorientation profile. Very good comparison between theory and experiment is obtained. An interesting transient grating, existing due to the viscosity of the liquid-crystal material, is observed in theory and practice for large cell-tilt angles.

Measurement of phase and amplitude modulations in Sb-Based Films

In this work we studied the changes of the optical constants of films in the binary system Sb2O3-Sb2S3 induced by light in the VIS-UV. The measurements were performed before and after homogeneous irradiation of the films to a Hg lamp and in real time during the holographic exposure of the samples (at 458nm). Changes of the absorption coefficient (amplitude grating) and refractive index (phase grating) were measured simultaneously using the self-diffraction using the holographic setup. Besides the films presented a strong photodarkening effect under homogeneous irradiation, the samples holographically exposed presented only refractive index modulations. None amplitude modulation was measured in real time for spatial frequencies of about 1000 l/mm. © 2009 SPIE.

Coherent patterns and self-induced diffraction of electrons on a thin nonlinear layer

Electron scattering on a thin layer where the potential depends self-consistently on the wave function has been studied. When the amplitude of the incident wave exceeds a certain threshold, a soliton-shaped brightening (darkening) appears on the layer causing diffraction of the wave. Thus the spontaneously formed transverse pattern can be viewed as a self-induced nonlinear quantum screen. Attractive or repulsive nonlinearities result in different phase shifts of the wave function on the screen, which give rise to quite different diffraction patterns. Among others, the nonlinearity can cause self-focusing of the incident wave into a beam, splitting in two "beams," single or double traces with suppressed reflection or transmission, etc.

Coherent patterns and self-induced diffraction of electrons on a thin nonlinear layer

Electron scattering on a thin layer where the potential depends self-consistently on the wave function has been studied. When the amplitude of the incident wave exceeds a certain threshold, a soliton-shaped brightening (darkening) appears on the layer causing diffraction of the wave. Thus the spontaneously formed transverse pattern can be viewed as a self-induced nonlinear quantum screen. Attractive or repulsive nonlinearities result in different phase shifts of the wave function on the screen, which give rise to quite different diffraction patterns. Among others, the nonlinearity can cause self-focusing of the incident wave into a beam, splitting in two "beams," single or double traces with suppressed reflection or transmission, etc.

Anisotropic Confinement, Electronic Coupling and Strain Induced Effects Detected by Valence-Band Anisotropy in Self-Assembled Quantum Dots

A method to determine the effects of the geometry and lateral ordering on the electronic properties of an array of one-dimensional self-assembled quantum dots is discussed. A model that takes into account the valence-band anisotropic effective masses and strain effects must be used to describe the behavior of the photoluminescence emission, proposed as a clean tool for the characterization of dot anisotropy and/or inter-dot coupling. Under special growth conditions, such as substrate temperature and Arsenic background, 1D chains of In(0.4)Ga(0.6) As quantum dots were grown by molecular beam epitaxy. Grazing-incidence X-ray diffraction measurements directly evidence the strong strain anisotropy due to the formation of quantum dot chains, probed by polarization-resolved low-temperature photoluminescence. The results are in fair good agreement with the proposed model.

Structural development of silicated films self-assembled at the air-water interface

The development of structure perpendicular to and in the plane of the interface has been studied for mesoporous silicate films self-assembled at the air/water interface. The use of constrained X-ray and neutron specular reflectometry has enabled a detailed study of the structural development perpendicular to the interface during the pre-growth phase. Off-specular neutron reflectometry and grazing incidence X-ray diffraction has enabled the in-plane structure to be probed with excellent time resolution. The growth mechanism under the surfactant to silicate source ratios used in this work is clearly due to the self-assembly of micellar and molecular species at the air/liquid interface, resulting in the formation of a planar mesoporous film that is tens of microns thick. (C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Self-assembly of supermolecular species directed by hydrogen bonding and aromatic π-π stacking interactions

A new Cu(II) trimers, [Cu3(dcp)2(H2O)8]. 4DMF, with the ligand 3,5-pyrazoledicarboxylic acid monohydrate (H3dcp) has been prepared by solvent method. Its solid-state structure has been characterized by elemental analysis, thermal analysis (TGA and DSC), and single crystal X-ray diffraction. X-ray crystallographic studies reveal that this complex has extended 1-D,2-D and 3-D supramolecular architectures directed by weak interactions (hydrogen bond and aromatic π-π stacking interaction) leading to a sandwich solid-state structure.

Electrospinning and characterization of self-assembled inclusion complexies

L’électrofilage est une technique permettant de fabriquer des fibres polymériques dont le diamètre varie entre quelques nanomètres et quelques microns. Ces fibres ont donc un rapport surface/volume très élevé. Les fibres électrofilées pourraient trouver des applications dans le relargage de médicaments et le génie tissulaire, comme membranes et capteurs chimiques, ou dans les nanocomposites et dispositifs électroniques. L’électrofilage était initialement utilisé pour préparer des toiles de fibres désordonnées, mais il est maintenant possible d’aligner les fibres par l’usage de collecteurs spéciaux. Cependant, il est important de contrôler non seulement l’alignement macroscopique des fibres mais aussi leur orientation au niveau moléculaire puisque l’orientation influence les propriétés mécaniques, optiques et électriques des polymères. Les complexes moléculaires apparaissent comme une cible de choix pour produire des nanofibres fortement orientées. Dans les complexes d’inclusion d’urée, les chaînes polymères sont empilées dans des canaux unidimensionnels construits à partir d’un réseau tridimensionnel de molécules d’urée liées par des ponts hydrogène. Ainsi, les chaînes polymère sonts très allongées à l’échelle moléculaire. Des nanofibres du complexe PEO-urée ont été préparées pour la première fois par électrofilage de suspensions et de solutions. Tel qu’attendu, une orientation moléculaire inhabituellement élevée a été observée dans ces fibres. De tels complexes orientés pourraient être utilisés à la fois dans des études fondamentales et dans la préparation de matériaux hiérarchiquement structurés. La méthode d’électrofilage peut parfois aussi être utilisée pour préparer des matériaux polymériques métastables qui ne peuvent pas être préparés par des méthodes conventionnelles. Ici, l’électrofilage a été utilisé pour préparer des fibres des complexes stables (α) et "métastables" (β) entre le PEO et l’urée. La caractérisation du complexe β, qui était mal connu, révèle un rapport PEO:urée de 12:8 appartenant au système orthorhombique avec a = 1.907 nm, b = 0.862 nm et c = 0.773 nm. Les chaînes de PEO sont orientées selon l’axe de la fibre. Leur conformation est significativement affectée par les ponts hydrogène. Une structure en couches a été suggérée pour la forme β, plutôt que la structure conventionnelle en canaux adoptée par la forme α. Nos résultats indiquent que le complexe β est thermodynamiquement stable avant sa fonte et peut se transformer en forme α et en PEO liquide par un processus de fonte et recristallisation à 89 ºC. Ceci va dans le sens contraire aux observations faites avec le complexe β obtenu par trempe du complexe α fondu. En effet, le complexe β ainsi obtenu est métastable et contient des cristaux d’urée. Il peut subir une transition de phases cinétique solide-solide pour produire du complexe α dans une vaste gamme de températures. Cette transition est induite par un changement de conformation du PEO et par la formation de ponts hydrogène intermoléculaires entre l’urée et le PEO. Le diagramme de phases du système PEO-urée a été tracé sur toute la gamme de compositions, ce qui a permis d’interpréter la formation de plusieurs mélanges qui ne sont pas à l’équilibre mais qui sont été observés expérimentalement. La structure et le diagramme de phases du complexe PEO-thiourée, qui est aussi un complexe très mal connu, ont été étudiés en détail. Un rapport molaire PEO :thiourée de 3:2 a été déduit pour le complexe, et une cellule monoclinique avec a = 0.915 nm, b = 1.888 nm, c = 0.825 nm et β = 92.35º a été déterminée. Comme pour le complexe PEO-urée de forme β, une structure en couches a été suggérée pour le complexe PEO-thiourée, dans laquelle les molécules de thiourée seraient disposées en rubans intercalés entre deux couches de PEO. Cette structure en couches pourrait expliquer la température de fusion beaucoup plus faible des complexes PEO-thiourée (110 ºC) et PEO-urée de forme β (89 ºC) en comparaison aux structures en canaux du complexe PEO-urée de forme α (143 ºC).

Poly(ethylene-co-acrylic acid) random copolymers : amphiphilic properties and self-assembly in aqueous medium

Les travaux de recherche présentés ici avaient pour objectif principal la synthèse de copolymères statistiques à base d’éthylène et d’acide acrylique (AA). Pour cela, la déprotection des groupements esters d’un copolymère statistique précurseur, le poly(éthylène-co-(tert-butyl)acrylate), a été effectuée par hydrolyse à l’aide d’iodure de triméthylsilyle. La synthèse de ce précurseur est réalisée par polymérisation catalytique en présence d’un système à base de Palladium (Pd). Le deuxième objectif a été d’étudier et de caractériser des polymères synthétisés à l’état solide et en suspension colloïdale. Plusieurs copolymères précurseurs comprenant différents pourcentages molaires en tert-butyl acrylate (4 à 12% molaires) ont été synthétisés avec succès, puis déprotégés par hydrolyse pour obtenir des poly(éthylène-coacide acrylique) (pE-co-AA) avec différentes compositions. Seuls les copolymères comprenant 10% molaire ou plus de AA sont solubles dans le Tétrahydrofurane (THF) et uniquement dans ce solvant. De telles solutions peuvent être dialysées dans l’eau, ce qui conduit à un échange lent entre cette dernière et le THF, et l’autoassemblage du copolymère dans l’eau peut ensuite être étudié. C’est ainsi qu’ont pu être observées des nanoparticules stables dans le temps dont le comportement est sensible au pH et à la température. Les polymères synthétisés ont été caractérisés par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) ainsi que par spectroscopie Infra-Rouge (IR), avant et après déprotection. Les pourcentages molaires d’AA ont été déterminés par combinaison des résultats de RMN et ii de titrages conductimètriques. A l’état solide, les échantillons ont été analysés par Calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et par Diffraction des rayons X. Les solutions colloïdales des polymères pE-co-AA ont été caractérisées par Diffusion dynamique de la lumière et par la DSC-haute sensibilité. De la microscopie électronique à transmission (TEM) a permis de visualiser la forme et la taille des nanoparticules.

Effect of Chromium Doping on the Diffraction Efficiency of Methylene Blue Sensitized PVA/Acrylamide Films

The effect of chromium doping on methylene blue sensitized Poly (vinyl alcohol)/Acrylamide was carried out by varying the ratios of Ammonium dichromate and methylene blue. In the case of films without ammonium dichromate, the diffraction efficiency was found to decrease on storage. On chromium doping the storage life was improved. Interestingly, a self-enhancement in efficiency was observed for a particular ratio of methylene blue and ammonium dichromate.

Controlled Self-assembly of p-Phenyleneethynylene Derivatives to Diverse Supramolecular Architectures

Regional Research Laboratory

Self-assembled columns of fullerene

Columnar mesophases based on alternating triphenylene and hexaphenyltriphenylene moieties are exceptionally stable and able to accommodate bulky side-chain substituents within the alkyl chain continuum between the columns. This paper presents a system in which the triphenylene bears a fullerene on its side-chain and the hexaphenyltriphenylene equivalent is the aza-derivative hexakis(4-nonylphenyl)dipyrazino[2,3-f : 2'3'-h] quinoxalene, PDQ9. The mesophase formed was identified as hexagonal columnar (Col(h)) by X-ray diffraction (a = 25.2 angstrom and c = 3.5 angstrom) but, in addition to the expected peaks, there is indication of a two-dimensional hexagonal superlattice with d-spacing 59 angstrom. This superlattice is believed to arise from ordering of the fullerenes within the liquid crystal matrix. It can be explained on the assumption that, to maximise fullerene-fullerene contact, the fullerenes form chains which wrap around the central column in every group of seven columns of the triphenylene : PDQ9 Col(h) array.