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Avec la plupart des couches d’alignement classiques des cellules commerciales, il est difficile d’obtenir une texture uniforme des phases nématiques twist bend (NTB) en géométrie planaire, y compris dans des cellules très fines (~1 μm). Même lorsqu’un composé présente une phase nématique N bien alignée, on observe en effet la formation spontanée de bandes lorsque l’on passe en phase NTB [1,2,3] (voir Fig.1-a). Cette texture en rayures est caractérisée par un pas égal à deux fois l’épaisseur de la cellule [1]. Son origine est attribuée à l’amincissement rapide des pseudo-couches NTB en dessous de la température de transition N-NTB qui conduit à une instabilité d’ondulation.Nous avons étudié en détail le rôle de la force d’ancrage des couches d’alignement sur les textures NTB d’un dimère cyanophyphényle, le CB7CB (1,7-bis-4-(4-cyanobiphenyl) heptane). Pour cela nous avons utilisé un polymère dont la force d’ancrage sur les nématiques cyanobiphényles (monomères) était connue pour varier fortement selon les conditions de préparation. Une étude systématique de l’ancrage de ce polymère sur le CB7CB a été faite en phase nématique et nous avons étudié l’influence des énergies d’ancrages zénithale et azimutale sur les textures obtenues en phase NTB. Dans des cellules symétriques, nous avons ainsi montré que la périodicité des instabilités dépendait fortement de l’ancrage et notamment de sa composante azimutale.Par ailleurs, ce travail a permis de montrer qu’avec des conditions d’ancrage adéquates, il était possible d’obtenir un alignement spontané uniforme de la phase NTB (voir Fig.1-b-c). Cet alignement est conservé même en s’éloignant de la température de transition, ouvrant la possibilité future d’utiliser les phases NTB dans des dispositifs électro-optiques.

Nematic twist-bend phases (N-TB) are new types of nematic liquid crystalline phases with attractive properties for future electro-optic applications. However, most of these states are monotropic or are stable only in a narrow high temperature range. They are often destabilized under moderate cooling, and only a few single compounds have shown to give room temperature N-TB phases. Mixtures of twist-bend nematic liquid crystals with simple nematogens have shown to strongly lower the nematic to N-TB phase transition temperature. Here, we examined the behaviour of new types of mixtures with the dimeric liquid crystal [4 ',4 '-(heptane-1,7-diyl)bis(([1 ',1 ''-biphenyl]4 ''-carbo-nitrile))] (CB7CB). This now well-known twist-bend nematic liquid crystal presents a nematic twist-bend phase below T approximate to 104 degrees C. Mixtures with other monomeric alkyl or alkoxy -biphenylcarbonitriles liquid crystals that display a smectic A (SmA) phase also strongly reduce this temperature. The most interesting smectogen is 4 '-Octyl-4-biphenylcarbonitrile (8CB), for which a long-term metastable N-TB phase is found at room and lower temperatures. This paper presents the complete phase diagram of the corresponding binary system and a detailed investigation of its thermal, optical, dielectric, and elastic properties.

Heliconal nematic twist bend (NTB) phases are usually not well oriented in planar commercial cells, even in thin (~1 µm) ones where a micron-sized periodic texture is usually observed [1,2,3] (see Fig.1-a). The origin of the stripe patterns is attributed to the rapid shrinking of the pseudo-layers below the N-NTB phase transition temperature, which yields an undulation instability. The observed periodicity is found to be twice the cell gap [1].We have explored the effect of the strength of the anchorings of the substrates on the resulting patterns. We used polymer aligning layers of tunable azimuthal and zenithal strengths to design liquid crystal cells with surface anchorings ranging from ultraweak to strong. We then have studied the patterns formed by the NTB phase of 1,7-bis-4-(4-cyanobiphenyl) heptane (CB7CB). We will show how the period of the stripes can be varied in a large range in cells of the same thickness but with different anchoring preparations. With adequate anchoring conditions (see Fig.1-b-c), an excellent and spontaneous planar alignment of the NTB phase of CB7CB can be obtained much below the phase transition temperature.
References:
[1] Panov V.P. et al, Phys. Rev. Lett., 2010, 105; 167801.
[2] Challa P. K. et al, Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys., 2014, 89, 060501.
[3] Vaupotič N. et al., Chem. Phys. Chem., 2018, 19,2566.

L’existence d’une phase « Nematique twist Bend » (NTB) a été prédite par I.Dozov dès 2001 [1] mais n’a été observée expérimentalement qu’en 2010 [2]. Cette phase est assez originale car elle présente optiquement des défauts de type coniques focales sans réel ordre translationnel observable en diffusion des rayons X. Généralement cette phase est présente à des températures élevées (au-dessus de 100°C) dans les corps purs. L’ajout d’un nématogène [comme le 4-Cyano-4'-pentylbiphenyl (5CB)] à un composé NTB [tels que le 1,7-bis (4-cyanobiphényl-4-yl) heptane (CB7CB)] permet de diminuer fortement la plage d’existence de la phase NTB [3] tout en modifiant continûment les propriétés thermiques et diélectriques. Dans ce travail, nous avons exploré les modifications dues à l’ajout au CB7CB de smectogènes, et en particulier du 4′-octyl-4-biphénylcarbonitrile (8CB). Le diagramme de phase de ce dernier mélange binaire présente des caractéristiques surprenantes. Malgré leur ressemblance macroscopique, les phases SmA et NTB semblent ainsi incompatibles et restent séparées par une phase nématique s’étendant à très basse température (-20 ° C) pour une fraction CB7CB de ϕ_c≈20%. Nous avons par ailleurs caractérisé les propriétés optiques, thermiques, diélectriques et d’ancrage des phases N et NTB des mélanges. Les propriétés optiques sont très différentes de celles du CB7CB sur une large gamme de composition et de forts effets pré-transitionnels sont observables à l'approche de ϕ_c≈20%. Les propriétés d’ancrage (fig1) sont également significativement modifiées par l'ajout de 8CB au CB7CB ce qui facilite l'alignement homéotrope, très difficilement obtenu pour le CB7CB.

Heliconal nematic twist bend (NTB) phases are usually not well oriented in planar commercial cells, even in thin (~1 µm) ones where a micron-sized periodic texture is usually observed [1,2,3] (see Fig.1-a). The origin of the stripe patterns is attributed to the rapid shrinking of the pseudo-layers below the N-NTB phase transition temperature, which yields an undulation instability. The observed periodicity is found to be twice the cell gap [1].
We have explored the effect of the strength of the anchorings of the substrates on the resulting patterns. We used polymer aligning layers of tunable azimuthal and zenithal strengths to design liquid crystal cells with surface anchorings ranging from ultraweak to strong. We then have studied the patterns formed by the NTB phase of 1,7-bis-4-(4-cyanobiphenyl) heptane (CB7CB). We will show how the period of the stripes can be varied in a large range in cells of the same thickness but with different anchoring preparations. With adequate anchoring conditions (see Fig.1-b-c), an excellent and spontaneous planar alignment of the NTB phase of CB7CB can be obtained much below the phase transition temperature.
[1] Panov V.P. et al; Spontaneous Periodic Deformations in Nonchiral Planar-Aligned Bimesogenswith a Nematic-Nematic Transition and a Negative Elastic Constant; Phys. Rev. Lett. ; 105; 167801; 2010.
[2] Challa P. K. et al; Twist-bend nematic liquid crystals in high magnetic fields; Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys.; 89; 060501; 2014.
[3] Vaupotič N. et al.; Polarization Gratings Spontaneously Formed from a Helical Twist‐Bend Nematic Phase; Chem. Phys. Chem.; 19; 2566; 2018.