Смектиков много. Точнее, много разных типов смектического состояния. Только что мы рассмотрели самый простой из них — так называемый смектик типа А. Буква А в данном случае означает только первую букву латинского алфавита. Остается заключить, что есть еще смектики В, С, D, E, F, G, И и т. д. Алфавитный порядок в обозначении новых типов смектического состояния в целом отражает возрастающую сложность строения жидких кристаллов, которые проявляют твердость не во всех измерениях. Легко понять, что комбинации кристаллических решеток разного вида с разными ориентациями молекул в этих решетках весьма многочисленны. Реально обнаружен примерно десяток таких комбинаций. Мы остановимся на некоторых из них. При охлаждении некоторых веществ смектик А превращается в смектик В. По внешнему виду смектик В напоминает мед и обладает примерно такой же вязкостью. Под микроскопом этот жидкий кристалл выглядит как цветное мозаичное панно. По дифракции рентгеновских лучей в этом смектике заключают, что в смектической плоскости такого кристалла, по крайней мере на небольших участках, молекулы расположены в правильном порядке. Обычно в этой плоской мини-решетке центры масс молекул располагаются в вершинах правильных шестиугольников. До сих пор не ясно, простирается ли в каждой смектической плоскости правильная шестиугольная решетка до бесконечности или все-таки размер «правильного» участка ограничен. Оказывается, это трудный и весьма принципиальный научный вопрос. Ответ на него можно будет получить только после выяснения всех деталей взаимодействия молекул внутри плоскости и в соседних плоскостях.

Дело в том, что физики доказали одну любопытную теорему, которая говорит, что бесконечная правильная кристаллическая решетка в индивидуальной смектической плоскости принципиально невозможна. Это связано с тем, что случайные отклонения молекул из положений равновесия из-за тепловых толчков слишком велики и часты в одной такой плоскости. Сколь ничтожны ни были бы эти толчки, все равно они препятствуют шестиугольникам быть идеально подогнанными друг к другу на большой площади. Если уходить по плоскости от выделенного шестиугольника все дальше и дальше, то маленькие отклонения от идеальности постепенно накапливаются, так что в конце концов мы заметим отсутствие настоящего порядка. Правда, это еще не означает, что такая решетка с дефектами не является твердой. Стекло, например, не обладает правильной решеткой, но является твердым.

Чтобы удержать молекулы на определенных местах в идеальной решетке на смектической плоскости, необходима поддержка со стороны соседей из ближайших плоскостей, т. е. должна быть стопка тонких слоев. Соседние плоскости по отношению к выделенной нами играют двоякую роль. С одной стороны, они сильно отталкивают молекулы этой плоскости, которые могли бы выбиваться из нее тепловыми толчками. Это сильное взаимодействие молекул, осуществляющееся на расстоянии, равном их длине, обеспечивает существование решетки в одном измерении и в смектике А. С другой стороны, молекулы из соседних плоскостей притягивают, хотя и слабо, молекулы выделенной плоскости. Это притяжение слабее притяжения между молекулами в одной плоскости, потому что в плоскости молекулы могут подойти друг к другу на гораздо меньшее расстояние. Тем не менее, слабое притяжение между соседними плоскостями оказывает решающее влияние на стабильность решетки в выделенной плоскости, а, значит, и во всем смектике В в целом. Действительно, если по какой-то случайной причине выделенный шестиугольник сместится из правильного положения, то он должен потянуть за собой благодаря притяжению целую цепочку таких же шестиугольников из всей стопки плоскостей. Но тут тепловым толчкам не справиться с целым коллективом молекул, который вернет отклонившиеся молекулы в положения равновесия.

Итак, при наличии хотя бы слабого взаимодействия между смектическими плоскостями, обеспечивающего притяжение молекул, в объеме смектика В должна существовать кристаллическая решетка в трех измерениях, в то время как смектик А имеет одномерную решетку. Спрашивается, чем же тогда отличается смектик В от обычного трехмерного кристалла? Принципиально ничем. Но из-за слабого взаимодействия решеток, расположенных в соседних плоскостях, смектик В отличается большой податливостью в отношении сдвигов таких плоскостей в направлениях х и у. О таких кристаллах говорят, что они пластичны. Похожими свойствами обладает, например, графит: при нажиме карандаша на бумагу с грифеля сползает на нее слой за слоем графита.

Пластичные кристаллы очень нужны многим отраслям науки и техники. Поскольку мы затронули принципиальный вопрос об устойчивости кристаллических решеток разного типа, любопытному читателю будет интересно узнать, что неустойчивым является также бесконечный кристалл, твердый только в одном направлении. Напомним еще раз, что кристаллическая решетка неустойчива в неограниченном тонком слое, в то время как решетка бесконечных жидких нитей устойчива. Так вот, бесконечно высокая стопка смектических плоскостей абсолютно неустойчива из-за расшатывающего действия тепловых толчков. Почему же тогда мы говорили о смектике А? Потому, что на деле мы используем всегда невысокую стопку плоскостей — высотой до 0,1 мм. А при такой толщине тепловое расшатывание бессильно «размыть» кристалл, твердый только в одном направлении. То же самое можно сказать о решетке в тонком слое небольшой площади. Поэтому тонкая лепешка смектика В небольшого диаметра вполне может иметь кристаллическую решетку.

Смектик С, как и смектик А, обладает кристаллической решеткой в одном измерении. Но в отличие от смектика А здесь в каждой смектической плоскости длинные оси молекул наклонены по отношению к кристаллической оси z на угол 8. Очевидно, такой жидкий кристалл менее симметричен. Если, например, мы будем разглядывать стопку плоскостей смектика А под прямым углом к оси z, то, с какого бы направления в плоскости ху мы ни смотрели, эта стопка будет выглядеть для нас совершенно одинаково. Поэтому мы считаем ее очень симметричной. Однако разглядывая точно так же смектик С, мы заметим, что стопка плоскостей здесь с разных направлений выглядит по-разному: неодинаково будут выглядеть молекулы. Поэтому мы называем смектик С менее симметричным.

Таким образом, в смектике С оптическая ось L не совпадает с осью решетки г. Можно даже сказать, что в нем не одна оптическая ось, а несколько. Это усложняет оптические явления в таких жидких кристаллах. Интересно, из каких молекул должно состоять вещество, чтобы оно могло находиться не только в состоянии А при высокой температуре, но и в состоянии С при низкой температуре? Просто длинные стержни для этого не годятся; не видно причин, по которым они должны были бы наклониться, А черточки изображают только вытянутую форму молекул. Подходящими деталями в более сложном устройстве молекулы могут служить гибкие хвостики на концах жесткого стержня, что придает ей зигзагообразный вид. Такая молекула походит на вытянутую латинскую букву S. Короткие гибкие хвостики в ней примерно параллельны смектическои плоскости, а жесткое туловище всегда наклонено к плоскости.

Молекулы такой забавной формы действительно существуют. При высокой температуре тепловые толчки не позволяют этим «зигзагам» занимать какое-либо постоянное положение в смектическои плоскости: плоскость каждого «зигзага» за ничтожные мгновения поворачивается вокруг кристаллической оси г. Поэтому в среднем за реальное время наблюдения мы увидим только проекцию «зигзага» на ось г, и для наблюдателя такой жидкий кристалл будет смектиком А. При низкой температуре и слабом тепловом расшатывании всем «зигзагам» энергетически выгодно быть параллельными друг другу, как в нематике, и словно застыть в определенном положении. И наблюдатель сразу же обнаружит, что все молекулы, а точнее их жесткие остовы, наклонены под одним и тем же углом 6 к оси г и составляют угол 90°-—8 со смектическои плоскостью. Следовательно, мы получили смек-тик С.

Если жидкий кристалл обладает, помимо смектиче-ского (слоистого) порядка, кристаллической решеткой в двух измерениях в смектическои плоскости, как смекгик В, а также наклоном «зигзагов» в плоскости, как смектик С, то он обозначается как смектик G. Если каждый тонкий слой смектика С является жидким в смектической плоскости, то о смектике G этого сказать нельзя: его молекулы, остающиеся на своих правильных местах, похожи на жерди покосившегося частокола. 

Смектик F очень похож на смектик С, но более вязок вдоль смектических плоскостей. Покосившиеся молекулы собираются здесь, по-видимому, в более или менее плотные группы, которые тоже могут «плыть» вдоль плоскостей, но не так легко, как это делают отдельные молекулы в смектике С. Можно сказать, что в смектике F есть что-то от смектического состояния G, «частокол» которого разорван на более или менее крупные части.

До сих пор речь шла об ориентациях длинных осей молекул. Вокруг этих осей молекулы, как правило, свободно поворачиваются за кратчайшие мгновения, так что наблюдателю кажется, что молекулы являются круглыми в поперечных сечениях. На самом деле они совсем не такие, а скорее по форме напоминают планки штакетника, т. е. являются удлиненными и уплощенными. Повторяем, в большинстве жидких кристаллов это обстоятельство совершенно не существенно из-за тепловых толчков. И только в некоторых смектиках при низкой температуре тепловое расшатывание не в силах разрушить порядок в ориентации коротких осей. Смектик Е — именно такой жидкий кристалл.

Наконец, самым несимметричным из всех известных смектиков является жидкий кристалл типа Н. Его строение в смектической плоскости можно изобразить так: «повалим частокол» смектика Е набок, например в направлении оси х. В такой конструкции трудно отыскать симметрию.

Приведенные примеры наглядно показывают, насколько многолик мир жидких кристаллов, который далеко не исчерпывается перечисленными типами жидкокристаллического состояния. Между прочим, некоторые вещества в интервале температур в несколько десятков градусов могут находиться во всех этих состояниях, поочередно сменяющих друг друга. Такое разнообразие строения жидких кристаллов особенно существенно в клетках живых организмов, где тот или иной тип жидкого или частично твердого состояния определяет всю жизнедеятельность организма.