The Explicitly Quasi-linear Relation Between the Order Parameter and Normalized Birefringence of Aligned Uniaxially Anisotropic Molecules Determined Using a Numerical Method

The birefringence of distributed, uniaxially anisotropic molecules like liquid crystals is calculated as the degree of ordering is varied. The relation between the normalized birefringence ${\Delta}n_{rel}$ and the orientational order parameter S is investigated. The distribution function, which enables one to monitor the degree of ordering of liquid crystals including randomly distributed ones, is introduced. Using this distribution function, a series of distributed liquid crystals with order parameters ranging from 0 to 1 are generated, and ${\Delta}n_{rel}$ and S of the correspondingly distributed liquid crystals are calculated. Based on the calculated data, it is revealed that ${\Delta}n_{rel}$ and S satisfy the quasi-linear relation of $S=(1+a){\Delta}n_{rel}-a{\Delta}n^2_{rel}$, where a can be approximated as $n_o{\frac{{\Delta}n}{4}}$. The anisotropy of molecular polarizability is also calculated, using the birefringence, and separately following Vuks' method and Neugebauer's method, and it is shown that the relations between S and the molecular-polarizability anisotropy are also quasi-linear.

수치해석적인 방법으로 규명한 정렬된 단축이방성 분자들의 질서변수와 상대 복굴절의 준선형 관계식

액정과 같은 단축 이방성 분자들의 정렬 정도에 따라 달라지는 복굴절으로부터 상대 복굴절 ${\Delta}n_{rel}$를 구하고 ${\Delta}n_{rel}$과 방향질서변수(orientational order parameter) S의 관계를 탐색하였다. 무질서한 분포를 하고 있는 경우를 포함하여 액정의 정렬정도를 달리 표현할 수 있는 분포함수를 도입하고 이 분포함수를 사용하여 질서변수 S가 0부터 1까지 변하도록 액정분자들의 정렬정도를 달리하며 ${\Delta}n_{rel}$과 S를 수치계산 하였다. 이 계산 결과로부터 s와 ${\Delta}n_{rel}$는 $S=(1+a){\Delta}n_{rel}-a{\Delta}n^2_{rel}$와 같이 준선형적인 관계를 만족하며 a는 $n_o{\frac{{\Delta}n}{4}}$으로 근사할 수 있음을 확인하였다. 또한 복굴절으로부터 Vuks의 방법에 따라 구한 분자분극의 이방성과 Neugebauer의 방법에 따라 구한 분자분극의 이방성이 각각 질서변수 S와 또 다른 준선형 관계식들을 따름을 보였다.