Mechanical Properties of Freely Suspended Smectic Films

(Received 22 November 1996, revised 13 June 1997, accepted 21 July 1997)

Abstract
A new experiment has been designed to investigate the effects of a mechanical perturbation applied parallel to the plane of the smectic layers of a free-standing film. Runs have been performed on films of different thicknesses in liquid, hexatic and crystal smectic phases present in the thermotropic liquid crystal compound (7o.7). We show that the thermodynamic phase of the meniscus is a crucial parameter because it determines the perturbation regime experienced by the film. In light of a theoretical framework developed in this paper, two perturbation regimes were found: a flow regime and a pure-elastic regime. Data recorded in the latter case enable us to extract the elastic constant of the smectic B and the smectic G crystal phases. We observe an unexpected discrepancy in the compressibility coefficient between the two crystal-like phases indicating that the molecular tilt angle provides the film with one additional macroscopic variable to respond to the mechanical modulation.

Résumé
Les effets d'une perturbation mécanique appliquée parallèlement au plan des couches smectiques d'un film librement suspendu sont étudiés à partir d'un nouveau dispositif expérimental. Les expériences sont réalisées sur des films de différentes épaisseurs dans les phases smectiques dites liquides, hexatiques et cristallines. Nous montrons que la phase thermodynanique du ménisque est un paramètre crucial car il détermine le régime de perturbation que subit le film. En s'appuyant sur un modèle phénoménologique, nous distinguons deux régimes de perturbation : le régime d'écoulement et le régime élastique. Les mesures effectuées dans ce dernier cas nous permettent d'extraire la valeur de la constante élastique dans les phases cristallines smectique B et smectique G. La forte variation du coefficient de compressibilité observée entre ces deux phases indique que l'angle d'inclinaison des molécules apporte au film une variable macroscopique supplémentaire pour répondre à la perturbation mécanique imposée.