Role of ions mobility in flexoelectric deformations of conductive homeotropic nematic layers

Abstract

Numerical studies of d.c. electric field induced deformations of homeotropic layers of flexoelectric nematics containing ions are presented. It is shown that anomalous dependencies of threshold voltage for deformations on ion concentration, which were found in our previous papers, are due to difference between mobilities of cations μ + and anions μ -. The influence of this difference on the deformations is analyzed. The set of equations describing the director orientation, the electric potential and the ion concentrations as functions of the coordinate normal to the layer, is solved. The calculations are performed for four types of nematic materials characterized by both signs of dielectric anisotropy and of the sum of flexoelectric coefficients. Finite surface anchoring strength is assumed. It is shown that the anomalies concerning the threshold vanish if μ + becomes equal to μ - results are explained by means of qualitative analysis of the electric field distributions.

Przedstawiono wyniki symulacji numerycznych dotyczących zachowania homeotropowej warstwy przewodzącego nematyka posiadającego właściwości fleksoelektryczne i poddanego działaniu zewnętrznego pola elektrycznego. Obliczenia przeprowadzono dla czterech typów materiałów nematycznych scharakteryzowanych przez obydwa znaki anizotropii dielektrycznej i sumy współczynników fleksoelektrycznych. Pokazano, że anomalne zależności napięcia progowego od koncentracji jonów są związane z różnicą ruchliwości jonów dodatnich i ujemnych. Anomalie te zanikają, jeśli ruchliwość kationów staje się bliska ruchliwości anionów. Zaproponowano jakościową interpretację wyników opartą na analizie rozkładu pola elektrycznego w warstwie.