ЖИДКОСТЬ, вещество в конденсированном состоянии, промежуточном между твёрдым и газообразным. Как и твердое тело, Ж. сохраняет свои объем, способна образовать поверхность, обладает определённой прочностью на разрыв; как и газ, принимает форму сосуда, в к-ром находите в. В то же время Ж. обладает рядом специфнч. особенностей, из к-рых наиболее характерная — текучесть, обусловленная статистич. тепловыми скачками молекул. В-во является Ж. при давлениях, больших давления в тройной точке и в интервале темпер от точки кристаллизации до точки кипения. Структура и физ. св-ва Ж. зависят от хим. природы образующих их ч-ц и характера сил связи, действующих между ними.
Различают однокомпонентные (чистые) Ж. и многокомпонентные жидкие смеси (р-ры)- Как правило, в-во имеет одну жидкую модификацию (норм. Ж.), исключение составляют жидкие кристаллы, имеющие норм, и анизотропную фазы, и квантовые жидкости, имеющие норм, и сверхтекучую фазы. Норм. Ж. макроскопически однородны и изотропны в отсутствие внеш. воздействий. Однородность и изотропность норм. Ж. объясняется отсутствием к.-л. упорядоченности я расположении ч-ц Ж. на больших (по сравнению с межмолекулярными) расстояниях (отсутствием я Ж. дальнего порядка). Аморфное твердое тело (напр., стекло) является переохлаждённой Ж.
Ж. широко применяются в электронике в качестве техно логич. сред и как рабочие в-ва (жидкие электролиты, жидкие кристаллы, магн. жидкости), растворители (вода, СС1«, расплавы солей и оксидов), исходные компоненты для получения разл. материалов и активных сред электронных приборов.
ЖИДКОСТНЫЙ ЛАЗЕР, лазер, в к ром активной средой является жидкость Жидкостные активные среды обла дают нек-рыми преимуществами перед твердыми и газообразными активными средами (см. Твердотельный лазер. Газовый лазер): плотность жидкостей (и, следовательно, концентрация активных ч-ц) достаточно велика, а их оптич. однородность • больших объемах не уступает однородности газов. Это позволяет создавать Ж. л. с высоким уровнем усиления в сравнительно малом объёме. Возможность циркуляции активной среды через резонатор лазера используется для поддержания постоянства темп-ры и коэф. усиления жидкости.
Известны Ж. л. на р-рах органнч. комплексных соединений (напр., хелатах Ей), на неорганич. жидкостях (напр., двуккомпонентных смесях оксилхлоридов Se и Р с галоге-нндами элементов III, IV, V групп периодич. системы), на р-рах органич. соединений. К Ж. л. можно отнести устр-ва, в к-рых когерентное излучение света осуществляется за счет вынужденного комбинац рассеяния (ВКР) в жидкостях (CCI, Н О, СИ,, и др.) мощного излучения обычных лазеров (в таких устр-вах используются также газы и твердые тела). Ж. л. на р-рах органич. комплексных соединении и Ж. л. на неорганич. жидкостях не получили широкого применения из-за неудовлетворит, энер-гетнч. и эксплуатац. характеристик, недостаточной хим. стойкости активной среды. Наиболее распространенный вид Ж. л.— лазеры на растворах органических соединений (в т. ч. красителях). Осн. их преимущество— возможность широкого выбора частот и создания лазеров с плавной перестройкой частоты. Из органич. соединений наибольшее применение нашли кумарины, ксантены, оксазиновые и полиметиноаые красители. Растворителями обычно служат этиловый и метиловый спирты, ацетон и др.
Характерной особенностью р-ров органич. соединений является наличие широких бесструктурных полос поглощения и люминесценции в УФ, видимой или ближней ИК областях спектра (рис. 1, а). Усиление и генерация возникают на переходах с нижних колебат. подуровней первого возбужденного электронного состояния S, (рис. 1, б) на верхние, слабо заселённые подуровни оси. электронного состояния 5... Частота генерации определяется спектром люминесценции, величиной инверсии населенностей и видом растворителя. Помимо излучат, переходов Si—•? часть молекул после возбуждения претерпевает безыз пучат. переход в метастабильное триплетное состояние Tt Накопление молекул в состоянии Ti приводит к поглощению генерируемого излучения в результате перехода Ti—*T Для устранения поглощения применяют кратковрем. импульсы накачки с длительностью i Ps у (Р$—г — вероятность перехода S —»Т|, Р^_т -И (Г*—10 с), либо добавляют в р-р «тушители», дезактивирующие метастабипьный уровень, либо осуществляют прокачку р-ра через область возбуждения активной среды со скоростью, при к-рои
молекулы пересекают область накачки за время т-=-^Р5__т
(непрерывный режим генерации). Для уменьшения ширины линии излучения и ее перестройки используют дисперсионные резонаторы (рис. 2). Диапазон длин волн, перекрываемый Ж. л. на р-рах органнч. соединений, составляет 300—1200 нм; типичная величина диапазона перестройки на одном красителе --60 им. По методам возбуждения р-ров органич. соединений и режимам работы различают Ж. л. двух типов: с некогерентнои накачкой излучением импульсной лампы и импульсным режимом работы; с когерентной накачкой излучением др. лазера (газового или твердотельного) и непрерывным, квазинепрерывным или импульсным режимом работы. Импулы ная мощность Ж. л. на р-рах органич. соединении достигает ^10 Вт, ср. мощность — десятков Вт, ширина линии излучения составляет 10~~ — 10 нм. Для расширения диапазона длин волн излучения от вакуумного УФ до среднего ИК используют методы нелинейной оптики.
Осн. применения Ж. п.: устр-ва лазерного зондирования атмосферы (лидеры), в спектросколнн, в фотохимии, для разделения изотопов и др. Ж л. на ВКР используются в основном • качестве преобразователей частоты излучения мощных импульсных газовых или твердотельных лазеров.
ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ МОДУЛЯТОР модулятор света действие к рого основано на испольэо вании электрооптич эффектов в жидких кристаллах (ЖК). С помощью Ж м возможна модуляция амплитуды (при использовании эффектов динамнч рассеяния света, холестерико нематич фазового перехода, твист-эффекта), фазы (на эффектах управляемого электрич полем дву-лучепреломления в слое с гомеотропнон или гомогенной ориентацией, электрооптич эффекте в сегнет о-электрич смектике типа С) н поляризации (на твнст-эффекте) света падающего на слои ЖК См также Жидко кристаллическая ориентированная структура. По сравнению с модуляторами света др типов Ж м характеризуется относительно ннэкнм быстродействием Для уменьшения как времени реакции т (времени переориентации слоя ЖК при наложении электрнч поля) так и времени релаксации (возвращения слоя ЖК в исходное состояние после снятия действия электрич. поля) в Ж м на твист-эффекте применяется двухчастотное управление с принудит релаксацией ВЧ электрич. полем с частотой 20—100 кГц Совр Ж м имеют след времена пере ключения (при толщине слоя ЖК 10 мкм и комнатной темп ре) на эффекте динамич рассеяния света при напря жении 50 В i ""5 мс, на твнст эффекте с двухчастот ным управлением при напряжении 60—70 Вт 0 2 мс, т л 0 25 мс на эффекте управляемого двулучепрелом пения фазовая задержка на t достигается при напряже нии 60 В иа НЧ и 30 В на ВЧ за время т 0,2 мс, г 0 9 мс на эффекте холестерико-нематич фазового перехода при напряжении 120 В т_-=*т_ 10 мс, на электрооптич эффекте в сегнетоэлектрич ЖК при напряжении 30 В и i менее 0 25 мс
В наст время (нач 90 х гг ) Ж. м. на эффекте динамич
рассеяния и твист эффекте с двухчастотным управлением
применяются в качестве световых клапанов очков для систем
тереотелевидения Ж м на эффекте управляемого электрич. полем двулучепреломления — для создания двухцвет ного изображения на экране ЭЛП (напр в осциллографах) и в переключателях каналов в оптич линиях связи (см. также Жидкокристаллический дефлектор), Ж м на сегнетоэлектрич. Ж К — в электрографии печатающих
устр-вах.
ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ИНДИКАТОР. прибор для визуального воспроизведения информации, действие к-рого основано на электрооптических эффектах в жидких кристаллах (ЖК); разновидность жидкокристаллического прибора отображения информации. Различают мозаичные, матричные и аналоговые Ж и
Мозаичный Жн обычно состоит из двух стек л ян ных пластин (герметично скрепленных по периметру), между к-рымн имеется зазор (5—20 мкм), заполненный ЖК На внутр. поверхностях пластин нанесены прозрачные электроды и ориентирующие покрытия (см. Жидко кристаллическая ориентированная структура) В мозаичных Ж. и. используются твист-эффект и эффект динамич рассеяния света Вид отображаемой информации определяется формой электродов: сегменты цифровых (рнс I) или цифро-буквенных знакомест, условные символы, слова или элементы мнемосхемы Число выводов, по к-рым ведется управление индикатором на единицу больше, чем число индицируемых элементов (имеется дополнит, вывод от общего электрода); число знакомест обычно не превышает 16
В матричном Ж. и множество одинаковых элементов образованы на пересечении двух систем лерноднч. электродных структур (система строк и столбцов), распо ложенных взаимно Ортогонально (см Матричный ин дикагор). Управляющие электрич. сигналы подаются на элементы по каждой строке последовательно во времени со скважностью равной числу строк. Необходимость раз деления во времени управляющих сигналов (сканирование строк) обусловливает определенные требования к ЖК наличие порога на вольт-контрастной характеристи ке (ВКХ) и временных характеристик обеспечивающих достаточный контраст н незаметное для глаза мерцание изображения Оси электрооптич эффекты используемые в матричных Ж и твист эффект динамич рассеяние света фазовый переход холестерин—нематик в электрич поле гермоэлектрооптич эффект Так Ж и на основе термо электрнч эффекта обладают памятью и сравнительно малым временем записи строки (ок 60 мкс) С помощью матричных Ж и, действие к-рых основано на эффекте фазового перехода можно отображать информацию произвольного вида объемом 1 28 128 н 256 256 элемен
ов со скоростью смены информации кадр за 1 3 и 2 5 с соответственно Наибольшее число элементов отобра жения (200 640) имеют матричные Ж и на основе т ист-эффекта (время смены информации ок 0 3 с управ-
яющее напряжение 25 В) Однако из за малой кру
иэны ВКХ контраст изображения этих индикаторов значительно ниже, чем мозаичных Ж и Использование спец методов управления (т и двухчастотного управления) позволяет увеличить крутизну ВКХ и создать матричные Ж и на твист эффекте с числом строк до 512 и скоростью смены информации 0,5—1
Существенное увеличение контраста изображения и уменьшение времени записи кадра достигается в матричных Ж и с нелинейными управляющими элементами (транзисторами, диодами варисторами) В таких индикаторах матрица управляющих элементов расположена иа од ион из подложек Ж и а каждый элемент отображения соединен последовательно с нелинейным элементом и управ
яется им мозаичным способом К сер 80-х гг разра таны жидмокрист гелевиз экраны с числом элементов 480 х 640 и размером по диагонали 125 мм в качестве управляющих элементов к-рь х используются тоикопленоч иые транзисторы, выполненные на основе поликрист кремния
Аналоговый Ж и предназначен для отображения
информации, представленной в аналоговой (непрерыв
ной) форме управляется посредством непрерывных сиг
налов Такой Ж и (рнс 2) представляет собой слои ЖК,
ориентированный ограничивающими поверхностями элект
дных пластин причем один нз электродов выполнен
и в виде калиброванного тонкопленочного сопротив-
ния с длиной равной длине шкалы измерит прибора
лужит для обеспечения равномерного распределения падения опорного напряжения вдоль шкалы Величина опорного напряжения определяется макс, величиной изме ряемого сигнала Второй электрод (также прозрачный)
редставляет собой эквипотенциальную поверхность Изме ряемое напряжение прикладывается между обоими элект родами, при этом расположение границы между воз бужденным и невозбужденным состояниями ЖК по длине шкалы определяется величиной этого напряжения Ана-говые Ж и работают иа основе твист эффекта
Особую группу составляют Ж и на основе термо э ектрооптич эффекта в холестерич и смектических ЖК с
зерно и адресацией информации Запись информации в "аком Ж и осуществляется нагревом локального участка поя ЖК сфокусированн im лазерным лучом выше темп ры
ре хода ЖК в изотропное состояние Охлаждение этого
участка до первоначальной темп ры приводит к образо ванию либо конфокальной текстуры, сильно рассеивающей свет (в отсутствие электрич поля), либо прозрачной го-меотропнои текстуры (при наличии электрич поля). Оба состояния могут сохраняться неограниченно долго (оптич память) Информация может быть выборочно стерта или перезаписана тем же способом а также стёрта полностью посредством приложения более высокого напряжения. Такие Ж и предназначены для отображения буквенно цифровой и графич информации объемом 2000 2000 эле ментов и более.
ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ДЕФЛЕКТОР, прибор для непрерывного или дискретного отклонения све
товых пучков, выполненный на основе жидких кристаллов (ЖК); разновидность оп то электронного дефлектора. Описаны Ж. д, действие к-рых основано на эффекте нарушения полного внутр отражения, эффекте управляемой электрич полем разности хода, на возникновении в слое ЖК дифракц. структур вследствие электрогидро-динамич. или орнентац. эффектов
К нач 90-х гг. реализованы лишь конструкции Ж д с дискретным отклонением пучков (переключателей), в к-рых используется эффект нарушения полного внутр. отражения. Такой Ж. д (рис.) состоит из двух призм, изготовленных из оптически изотропного материала, в зазоре между к-рыми находится слои ЖК Ориентация этого слоя зависит от напряжения, приложенного к прозрачным электродам. Показатель преломления призм и угол падения световых пучей выбираются такими, чтобы для слоя ЖК в невозбужденном состоянии выполнялись условия полного внутр отражения (световые волны отражаются в направлении А). При переориентации слоя ЖК электрич полем показатель преломления этого слоя увеличивается, условия полного внутр отражения нарушаются н световые волны преломляются в направлении Б Ж. д переключается только при определённой поляризации световых волн — параллельной плоскости, в к-рои происходит переориентация ЖК. Время переключения составляет десятки и сотни мс. Ж. д. с дискретным отклонением применяется в качестве коммутатора воло-конно-оптнч. линий связи
ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ ОРИЕНТИРОВАННАЯ СТРУКТУРА, состояние жидкого кристалла (обычно его тонкого слоя), в к-ром он по оптич. свойствам эквивалентен монокристаллу с оптнч осью, ориентированной в заданном направлении Для создания Ж о с поверхность подложки обрабатывают либо нанесением покрытий подходящего состава (т. н. ориентирующего по крытия), либо изменением поверхностного слоя самой подложки путём сорбции молекул определенных в-в. Тнп ориентации жидкого кристалла на твердой поверхности определяется взаимодействием его анизотропных молекул с этон поверхностью Различают Ж о с гомеотроп-ные (длинные оси молекул перпендикулярны поверхности подложки) и гомогенные, или пленарные (длинные оси молекул параллельны поверхности подложки). Гомеотропная ориентация получается, когда твёрдая поверхность не смачивается жидким кристаллом (л >а , где оШ1 — поверхностное натяжение жидкого кристалла и твердой поверхности соответственно). В случае пж itT возникает гомогенная ориентация. Степень ориентирующего действия подложки на тот или иной жидкнн кристалл определяется разностью \п пш—ч г В случае гомогенной Ж о с. азимутальное направление длинным осям молекул задают приданием поверхности геометрии рельефа в виде направленных в одну сторону бороздок посредством натирания или напыления ориентирующих слоев под большим углом к нормали к поверхности или нанесением полимерных покрытии с ориентированным расположением цепных молекул Ж о с нспользу юте я в жидкокристаллических приборах отображения информации жидкокристаллических модуляторах и др
ЖИДКИЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ, жидкости, обладающие свойствами полупроводников. Относятся к неупорядоченным системам. Ж. п. обычно получают плавлением твёрдой модификации ПП. По формальным признакам Ж. п. являются расплавы, у к-рых электропроводность по абс. величине ^ 10" Ом- • см- и растёт прн повышении темп-ры. В Ж. п. роль запрещённой зоны, обусловливающей активац. характер проводимости, играет область энергий вблизи минимума плотности состояний в энергетич. спектре эл-нов. При достаточно глубоком минимуме в его окрестности формируется зона почти локализованных состояний с малой подвижностью (псевдощель). Ж: п. характеризуются jjpe+tM. ковале.нтным типом межатомной связи. В силу короткодействующего характера ковалентных связей случайные составляющие потенциальной энергии носителей заряда (обусловленные рассеянием носителей, связанным с отсутствием дальнего порядка в Ж п.) относитепьно невелики и сохранение энергетич. спектра носителей при плавлении твёрдых ПП, в частности его зонного характера, является специфнч чертой Ж п Однако при плавлении твердых ПП не все в-ва остаются ПП, нек-рые приобретают св-ва жидких металлов В этой связи различают два типа переходов: по типу ПП—*>ПП и по типу ПП —* металл- В первом случае (соединения типов а[& , A BVI, А В , А В А В и др ) плавление сопровождается уменьшением либо неэначит. ростом электропроводности и уменьшением плотности. Во втором случае (Ge, Si, соединения типов А В , А В и др) электропроводность на 2—3 порядка возрастает при одноерем росте плотности.
Ж п. по мн. св-вам близки к стеклообразным и аморфным ПП, но отличаются, как правило, несколько более высокой электропроводностью. Возможно применение Ж. п. в качестве эффективных материалов для термоэлементов, радиационностойких высокотемп-рных тер-мисторов, высокотемп-рных переключателей.
ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ, жидкости, обладающие в определенном темп-рном интервале упорядоченностью в расположении молекул и, как следствие, анизотропией ряда фиэ. свойств, характерной для твёрдых кристаллов. Жидкокрист. (мезоморфное) состояние проявляется только у в-в с анизотропной формой молекул, напр. па л очко- или дискообразной. Оно может быть получено либо плавлением нек-рых молекулярных кристаллов (тер-мотропные Ж. к.), либо растворением их в определенных растворителях (лиотропные Ж. к.). В электронике используются в основном термотропные Ж. к. Темп-рный интервал, в к-ром возможно существование жидкокрист. состояния, для термотропных Ж. к. обычно невелик (неск. десятков град.). Значения темп-р этого интервала, как правило, лежат выше комнатной. Поэтому для расширения возможностей практич. применения Ж. к. используют смеси, в к-рых за счет эвтектич. понижения темп-ры плавления удаётся достигнуть темп-рных интервалов от —40 до +80 С. Для характеристики ориентац. порядка в Ж. к. вводят вектор единичной длины, наэ. директором, направление к-рого совпадает с направлением усреднённой ориентации длинных осей молекул.
По типу упорядоченности термотропные Ж. к. подразделяются на нематические (немвтики) и смектические (смектики). Нематические Ж. к. характеризуются наличием лишь ориентац. упорядоченности и однородной по всему объёму ориентацией молекул в отсутствие внеш. воздействий (рис. 1,а). Пример нематич. Ж. к. — пврааэок-сианиэол, существующий в жидкокрист. состоянии в интервале темп-р 116—136 °С. Разновидностью иематич. Ж. к. являются холестерические Ж. к., у к-рых направление преимуществ, ориентации закручено по спирали иэ-эа асимметрии молекулярного взаимодействия (рис. 1,6). Пример колестерич. Ж. к. — эфиры холестерина. Смектические Ж. к. помимо ориентац. упорядоченности обладают определённым типом трансляц. упорядоченности (рис. 1(в). Они имеют слоистое строение с ослабленной связью между слоями. Существуют ок. 10 видов смектич. Ж. к., различающихся по типу упаковки молекул в слое. Наибольшее практич. значение имеют смектики А и С. В смектике А молекулы в каждом слое расположены перпендикулярно плоскости слоя, а трансляц. порядок внутри слоя отсутствует. В смектике С, в отличие от смектика А, молекулы имеют определённый наклон к плоскости слоя. Известны также т. н. хиральные формы смектика С, у к-рых направления длинных осей молекул от слоя к слою закручены по спирали. Симметрия смектика С допускает возможность появления в нём спонтанной поляризации (сегнетоэлектрич. упорядоченности дипольных моментов молекул), направленной вдоль слоя, перпендикулярно плоскости наклона молекул.
Анизотропия фиэ. св-в Ж. к. обусловливает разнообразие фиэ. эффектов в них — электро-, термо-, акусто-, магнитооптических и др. Наиболее важными для электроники являются электрооптич. эффекты (ЭЭ), многие из к-рых нашли применение в устр-вах отображения и оптич. обработки информации.
Эпектрооптические эффекты Ж. к. — изменение оптич. св-в тонкого слоя Ж. к. из-за переориентации во внеш. электрич. поле. Наблюдаются в тонком (5—20 мим) ориентированном слое Ж. к., заключённом между прозрачными электродами (см. Жидкокристаллическая ориентированная структура). ЭЭ делят на три вида: электрогидродинамические, возникающие лри прохождении ионного тока через слой Ж. к., заключающиеся в турбу-лиэации Ж. к. и сильном рассеянии света (эффект динамич. рассеяния света, характерный для нематич. Ж. к., либо эффект «памяти» в колестерич. и смектич. Ж. к.); ориентационные (наблюдаемые в пол яри зов. свете), в к-рых переориентация Ж. к. возникает при взаимодействии электрич. поля с Ж. к. благодаря наличию анизотропии диэлектрич. проницаемости *в=е|—е , где _l ~~ значения диэлектрич. проницаемости Ж. к. в направлении, соответственно параллельном и перпендикулярном директору (эффекты управляемого полем двулучепрелом-ления, «гость — хозяин» и «твист» в нематич. Ж. к., эффект фазового перехода в колестерич. Ж. к.), либо спонтанной поляризации в сегнетоэлектрич. смектиках, либо индуцир. лоляриэвции при флексоэлектрич. эффекте; злектротермооптические, заключающиеся в образовании пленарной или конфокальной (рассеивающей свет) текстуры в зависимости от величины электрич. поля в процессе охлаждения Ж. к. иэ изотропного состояния (в смектнч. или холестерин. Ж. к.).
В вффекте динамич. рассеяния света рассеяние происходит на множестве границ областей с раэл. ориентацией оптич. оси вследствие оптнч. анизотропии Ж. к. Появление этих областей связано с тем, что при прохождении ионного тока Ж. к. приходит в конвективное движение и по мере увеличения напряжение это движение турбулиэируетсв. Эффект динамич. рассеяния пороговый (рнс. 2); величина порога составляет 5—10 В при низких частотах возбуждающего электрич. поля и сильно зависит от частоты, а в области частот выше критич. частоты релаксации пространств, эарвда ^=о /ео*?ц (0|| — электропроводность Ж. к. в направлении, параллельном директору; со — электрич. постояннее СИ) увеличивается больше чем на порядок. Электрогидродинамич. эффект в холестерин, и смектич. Ж. к. приводит после снятия электрич. поля к образованию рассеивающей свет конфокальной текстуры, сохраняющейся в течение длнт. времени (эффект «памяти»). Возвращение конфокальной текстуры в прозрачное планерное состояние осуществляется электрич. полем с частотой, превышающей частоту релаксации пространственного заряда. На этих частотах порог эпектрогидродн нами ческой неустойчивости значительно выше напряжения, необходимого длв переориентации, и Ж. к. выстраивается соответствии со знаком е#.
ЖЕСТКОСТЬ ФОКУСИРОВКИ электронного пучка, свойство электронного пучка (потока) в фокусирующем поле противостоять возмущающему действию пространств- заряда, ВЧ электромагнитного поля и т. д., сохраняя свой радиус близким к среднему невоэмущён-ному значению. Ж. ф. характеризуется крутизной нарастания возвращающей силы при радиальном смещении эл-на с равновесной орбиты. Наибольшей Ж. ф. обладает электронный поток в достаточно сильном магн. поле при условии, что катод электронной пушки находится этом же поле; наименьшей — Бриллюэна поток (электронный поток при полной экранировке катода электронной пушки). В периодич. магн. поле Ж. ф. (усредненная за период) близка к Ж. ф. лотокв Бриллюэна.