J. Physique Lett. 45, 613-619 (1984)
DOI: 10.1051/jphyslet:019840045012061300

Weak anchoring energy and pretilt of a nematic liquid crystal

G. Barbero, N.V. Madhusudana et G. Durand

Laboratoire de Physique des Solides, Bât. 510, Université de Paris-Sud, 91405 Orsay Cedex, France

Abstract
We extend the wedge technique of Rivière et al. to measure the pretilt angle Φ and the (weak) anchoring energy of a nematic liquid crystal oriented on a suitably treated glass surface. The liquid crystal is placed in a wedge shaped space formed by the plate to be studied and a « standard » plate giving a strong homeotropic anchoring. Instead of using a total reflection technique, we measure the optical path difference (Δl) between the ordinary and extraordinary waves, as a function of the sample thickness (d). From an analysis of this variation, we obtain the pretilt angle from the region of large thickness, and the anchoring energy from the region of small thickness, a domain which could not be studied with the previous technique. The transition thickness d is comparable with the extrapolation length L associated with the surface energy. Typical values of Φ and L for rubbed silane coated plates are ˜ 0.8 radian and ˜ 1 μm respectively.

Résumé
Nous étendons la technique de Rivière et al. pour mesurer la préinclinaison Φ et l'énergie d'ancrage (faible) d'un cristal liquide nématique orienté sur une lame transparente. Le nématique est placé dans un coin formé par la lame à étudier et une lame de référence donnant une orientation « homéotrope » forte. Au lieu d'utiliser une technique de réflexion totale, nous mesurons la différence de marche Δl entre lumière ordinaire et extraordinaire en fonction de l'épaisseur de l'échantillon. De la région épaisse nous déduisons la préinclinaison, de la région mince la force d'ancrage. Ce domaine des faibles épaisseurs ne pouvait être étudié par la technique précédente. L'épaisseur de transition d est de l'ordre de la longueur d'extrapolation L caractérisant l'énergie de surface. Pour des lames traitées au silane et frottées, les valeurs typiques de Φ et L sont de l'ordre de 0,8 radian et 1 μm.

PACS
6130E - Experimental determinations of smectic, nematic, cholesteric, and lyotropic structures.
6810C - Fluid surface energy surface tension, interface tension, angle of contact, etc..

Key words
molecular orientation -- nematic liquid crystals -- surface energy -- weak anchoring energy -- MBBA -- wedge technique -- pretilt angle -- nematic liquid crystal -- optical path difference -- transition thickness -- extrapolation length -- surface energy