English

In this work experiments on the spontaneous polarization PS and the switching behaviour were carried out depending on temperature, layer number N and time in free standing films (FSF) of smectic liquid crystals. Furthermore the molecular order in the surface layer in FSF was measured with NEXAFS – spectroscopy. The following results were observed: I. In thick films (N<100) PS has the same value as it has in bulk samples. In films with N<100 PS increases rapidly. This effect can be explained by the following two models: 1. According to theoretical predictions the dipole-dipole-interactions in a two dimensional system (thin FSF) supress the thermal fluctuations in the surface layers which leads to higher polar ordering at the surface of the FSF. 2. The thermal fluctuations are supressed by the surface tension which leads to enhanced polar ordering in the surface layers. II. Ferrielectric and antiferroelectric switching was observed in FSF for the first time. The switching processes depend on time due to reorientation in the surface layers resulting from a change of the surface tension. III. By NEXAFS-spectroscopy a tilt angle was observed directly in the surface layer of a SA-film. As these experiments were carried out under high vacuum conditions, so it can be excluded that the enhanced polar ordering at the films surface is caused by molecules from the atmosphere attaching to the film.

Deutsch

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Experimente zur spontanen Polarisation und zum Schaltverhalten an freistehenden Filmen flüssigkristalliner Substanzen durchgeführt. Diese Messungen erfolgten in Abhängigkeit von Temperatur, Zeit und Schichtzahl. Darüber hinaus wurden freistehende Filme des Flüssigkristalls C7 mit NEXAFSSpektroskopie untersucht, um direkte Informationen über die Oberflächenstruktur freistehender Filme zu bekommen. Folgende experimentelle Ergebnisse wurden erhalten: I. In dicken Filmen (N>100) entspricht die spontane Polarisation dem Wert, wie er in Zellen gemessen wurde. Dieser Wert ist in diesem Bereich unabhängig von der Filmdicke. Nimmt jedoch die Zahl der Schichten im Film ab, dann steigt der Wert der spontanen Polarisation stark an. Dieser Effekt kann prinzipiell durch zwei Modelle erklärt werden: 1. Es wurde theoretisch vorausgesagt, daß die Dipol-Dipol-Wechselwirkungen beim Übergang von einem dreidimensionalen zu einem zweidimensionalen System die thermischen Fluktuationen im Film unterdrücken. Dieser Effekt führt dann zu einer Erhöhung der polaren Ordnung in den Randschichten der Filme. 2. Bedingt durch die Oberflächenspannung werden die thermischen Fluktuationen in den Randschichten unterdrückt. Dadurch ist die polare Ordnung in den Randschichten freistehender Filme höher als in den inneren Schichten. Die thermischen Fluktuationen und die Größenordnungen der Oberflächenspannungen in verschiedenen Systemen korrelieren miteinander, so daß als Ursache für diese Unterdrückung der Fluktuationen anzusehen ist. II. Es wurde zum ersten Mal antiferroelektrisches und ferrielektrisches Schalten in freistehenden Filmen untersucht. Es wurde ermittelt, daß die Schaltprozesse zeitabhängig sind, was auf Reorientierungsprozesse in den Oberflächenschichten zurückzuführen ist, die mit einer Änderung der Oberflächenspannung einhergehen. III. Unter Verwendung von NEXAFS-Spektroskopie wurde zum ersten Mal ein Tiltwinkel direkt in der ersten Randschicht eines freistehenden Films gemessen, der sich in der smektischen A – Phase befand. Diese Messung basierte nicht auf Schlußfolgerungen aus Experimenten, die integral den ganzen Film umfassen wie z.B. Ellipsometrie, sondern es konnte ausschließlich die erste smektische Schicht untersucht werden. Da diese Untersuchungen im Hochvakuum vorgenommen wurden, ist eine Belegung der Filme durch Moleküle aus der Luft als Ursache für die Erhöhung der polaren Ordnung in den Randschichten auszuschließen.