本公开总体上涉及包括铁电向列液晶材料的器件，并且涉及控制体积内铁电向列液晶分子的取向的方法。
背景技术：
1、向列液晶是各向异性形状的分子或粒子材料，当它们以凝聚相的形式聚集在一起时，可以实现均匀的相互取向。例如，棒形分子可以以倾向于沿共同方向来被局部对齐的长轴来取向。此种取向排序具有使材料在光学上各向异性(双折射)和增强对外部影响(诸如电场或磁场)的响应的有益效果。此类响应性液晶可被广泛地用于各种应用中。向列液晶可以是液体的、粘弹性的或玻璃状的，并且可以由单体的、低聚物的或聚合物的分子种类制成。出于本公开的目的，我们将这些各种部分液体状的、部分固体状的液晶材料类型称为“向列的”和“液体的”。
2、除了它们的立体棒形形状(例如，像热狗那样)之外，制成向列液晶相的分子还可能是极性的，其中一端与另一端不同(例如，像棒球棒或箭头那样)。分子极性可以通过例如采用“偶极的”内部分子结构来引入，在该内部分子结构中，分子内部的内部电荷分布在空间上不是均匀的，而是具有过量正电荷或负电荷(偶极子)的分开的区域。具有偶极子的分子具有额外的一种排序的可能性，在该额外的一种排序中，分子箭头指向同一方向(极性排序)。例如，沿其长轴具有偶极子箭头的棒形分子可以自发地平行排序，并且其中偶极子都指向同一方向，就像箭筒中的箭头或卡在靶子中的箭头一样。如果此类排序发生在向列液晶中，那么所得材料可以说是最佳的“铁电性”。
3、铁电液体是有趣的，因为根据最近的建模，具有最佳共同的偶极子取向的液体对所施加的电场的响应应该比没有极性排序的液体大得多；例如，分子应该在低得多的电压下响应所施加的电压而改变其取向。
4、本节中阐述的任何讨论(包括对问题和解决方案的讨论)均已被包括在本公开中，这仅出于为本公开提供上下文的目的。此类讨论不应被视为承认任何或所有信息在发明时是已知的或以其他方式构成现有技术。
技术实现思路
1、提供本
技术实现要素：
以引入一系列概念。本发明内容并非旨在必要地标识出要求保护的主题的关键特征或必要特征，亦非旨在用于限制要求保护的主题的范围。
2、本公开的各实施例涉及这样的器件以及形成和使用所述器件的方法：该器件包括包含铁电向列液晶材料的体积、一个或多个电介质层和一个或多个承载电荷的衬底。示例性实施例还涉及包括此类器件的传感器、致动器等以及使用所述传感器、致动器的方法。
3、根据本公开的示例，器件包括包含铁电向列液晶材料的体积、覆盖体积的至少部分的电介质层以及覆盖电介质层的至少部分的承载电荷的衬底。体积包括邻近电介质层的极化电荷，该极化电荷可由承载电荷的衬底上的电荷和/或施加到承载电荷的衬底的电荷来控制。在一些情况下，该器件可以包括覆盖体积的一个或多个附加电介质层。在此类情况下，该器件可以包括覆盖一个或多个附加电介质层的一个或多个附加承载电荷的衬底。电介质层材料和承载电荷的衬底材料的各示例如下所阐述。
4、根据进一步的示例，传感器，致动器，电光、光子、非线性光学器件，铁电存储器器件或双功能信息存储和信息处理器件使用本文所述的器件形成或包括本文所述的器件。
5、根据又进一步的实施例，提供了一种控制包含铁电向列液晶的体积内的所述铁电向列液晶的分子取向的方法，该方法通过形成和/或改变至少部分地界定所述体积的一个或多个表面上的电荷从而在体积内并且邻近一个或多个表面形成极化电荷来进行。
6、通过下面参考附图对某些实施例的详细描述，这些和其他实施例对于本领域技术人员来说将变得显而易见。本发明不限于所公开的任何特定实施例。
1.一种器件，包括：
2.如权利要求1所述的器件，还包括覆盖所述体积的一个或多个附加电介质层。
3.如权利要求2所述的器件，还包括覆盖所述一个或多个附加电介质层的一个或多个附加承载电荷的衬底。
4.如权利要求1-3中任一项所述的器件，其中界定所述铁电向列液晶的每个表面包括与所述液晶相邻的电介质层和邻近的承载电荷的衬底，每个表面具有有限的电容并且因此充当电容器。
5.如权利要求1-4中任一项所述的器件，其中所述电容器的内侧(液晶侧)上的所述铁电向列液晶的所述极化电荷和分子取向通过改变所述电容器的外侧(衬底侧)上的电荷来控制。
6.如权利要求1-5中任一项所述的器件，其中所述电介质层包括结晶或玻璃状固体。
7.如权利要求1-5中任一项所述的器件，其中所述电介质层包括液体。
8.如权利要求1-5中任一项所述的器件，其中所述电介质层包括软材料，例如聚合物、凝胶、乳液、表面活性剂或液晶。
9.如权利要求1-8中任一项所述的器件，其中所述电介质层包括绝缘体。
10.如权利要求1-8中任一项所述的器件，其中所述电介质层具有有限电导率。
11.如权利要求1-8中任一项所述的器件，其中所述电介质层包括半导体。
12.如权利要求1-8中任一项所述的器件，其中所述电介质层包括自组装单层。
13.如权利要求1-8中任一项所述的器件，其中所述电介质层包括绝缘氧化物层。
14.如权利要求1-8中任一项所述的器件，其中所述电介质层包括光电导体。
15.如权利要求1-8中任一项所述的器件，其中所述电介质层包括半导体耗尽层。
16.如权利要求1-8中任一项所述的器件，其中所述电介质层包括所述铁电向列液晶中的表面层，在所述表面层内铁电极化是固定的。
17.如权利要求1-16中任一项所述的器件，其中所述电介质层包括使铁电向列分子在所述表面附近取向的对齐层。
18.如权利要求1-17中任一项所述的器件，其中所述衬底包括结晶或玻璃状固体。
19.如权利要求1-17中任一项所述的器件，其中所述衬底包括液体。
20.如权利要求1-17中任一项所述的器件，其中所述衬底包括软材料，例如聚合物、凝胶、乳液、表面活性剂或液晶。
21.如权利要求1-20中任一项所述的器件，其中所述衬底包括导体。
22.如权利要求1-20中任一项所述的器件，其中所述衬底包括半导体。
23.如权利要求1-20中任一项所述的器件，其中所述衬底包括绝缘体。
24.如权利要求1-20中任一项所述的器件，其中所述衬底包括电解质。
25.如权利要求1-20中任一项所述的器件，其中所述衬底包括离子液体。
26.如权利要求1-25中任一项所述的器件，其中所述边界表面上的电荷和所得的所述铁电向列液晶的分子取向对外部场或其他刺激作出响应，所述外部场或其他刺激包括外部电磁场或光场、化学或电化学反应、生物分子结合事件、机械应变或剪切以及液体流动。
27.如权利要求26所述的器件，其中对外部场或其他刺激的响应被电气地检测。
28.如权利要求26所述的器件，其中对外部场或其他刺激的响应被光学地检测。
29.一种传感器，所述传感器包括如权利要求1-28中任一项所述器件。
30.一种致动器，所述致动器包括如权利要求1-28中任一项所述器件。
31.如权利要求1-28中任一项所述的器件，其中包括铁电向列液晶的所述体积至少部分地由具有空间变化的电容的表面界定，其中所述铁电向列材料中的所述分子取向表现出对所施加的电压的空间变化的模拟响应。
32.如权利要求1-28中任一项所述的器件，其中包括铁电向列液晶的所述体积至少部分地由具有空间变化的电容的表面界定，并且在界定衬底上具有图案化电极，其中所述铁电向列材料中的所述分子取向表现出对施加到所述图案化电极上的电压的空间变化的模拟响应。
33.一种电光、光子或非线性光学器件，包括根据权利要求1-28、31或32中任一项所述的器件。
34.一种铁电存储器器件，包括如权利要求1-28、31或32中任一项所述的器件，所述铁电存储器器件具有绝缘电介质层，所述绝缘电介质层能够在开路条件下长期保持铁电向列液晶的分子取向状态。
35.一种双功能信息存储和信息处理器件，包括如权利要求1-28、31或32中所述的任一项器件。
36.一种控制包含铁电向列液晶的体积内的所述铁电向列液晶分子取向的方法，所述方法通过形成和/或改变至少部分地界定所述体积的一个或多个表面上的电荷从而在所述体积内并且邻近所述一个或多个表面形成极化电荷来进行。
