Нематическая фаза
Нематическая жидкокристаллическая фаза характеризуется тем, что центры масс молекул распределены в пространстве хаотично, как в обычной изотропной жидкости, однако наблюдается дальний порядок в ориентации их длинных осей. Молекулы в среднем выстраиваются вдоль одного выделенного направления, называемого директором (обозначается вектором n). Ориентационный порядок описывается параметром порядка $S = \frac{1}{2} \langle 3\cos^2\theta - 1 \rangle$, где θ — угол между осью молекулы и директором.
Особенностью нематической фазы является оптическая анизотропия: показатель преломления различен для света, поляризованного вдоль и поперёк директора. Эта анизотропия лежит в основе работы большинства современных жидкокристаллических дисплеев (ЖКД). Дефекты ориентационного порядка в нематиках представлены дисклокациями и дисклинациями, играющими важную роль в динамике текстуры.
Смектические фазы
Смектическая жидкокристаллическая фаза отличается от нематической наличием дополнительного трансляционного порядка. Молекулы формируют слоистую структуру, в которой центры масс выстраиваются в параллельные плоскости, а ориентация внутри слоёв может быть различной в зависимости от подтипа смектической фазы.
Смектики проявляют высокую вязкость при сдвиге параллельно слоям и анизотропное диффузионное поведение. При переходах SmA → SmC и других возможны фазовые диаграммы с несколькими критическими точками.
Холестерическая (хиральная нематическая) фаза
Холестерические жидкие кристаллы представляют собой нематики из хиральных молекул. В такой фазе директор не постоянен в пространстве, а медленно вращается по спирали вдоль оси, называемой осью закрутки. Период закрутки (pitch) обычно составляет от сотен нанометров до нескольких микрометров.
Холестерическая структура обладает селективным отражением света: она отражает круговую поляризацию, соответствующую хиральности структуры, и только в узкой полосе длин волн, связанной с периодом закрутки. Этот эффект используется в оптических фильтрах и отражающих ЖК-дисплеях.
Температурные изменения влияют на величину pitch, что приводит к изменению отражаемого цвета. Вблизи изотропного перехода pitch может сильно возрастать, что приближает структуру к обычной нематической.
Колоннарные фазы
Колоннарные жидкокристаллы образуются из дискообразных молекул, которые упаковываются в длинные цилиндрические структуры. Эти цилиндры далее выстраиваются в двумерную решётку (чаще всего гексагональную), сохраняя подвижность молекул вдоль оси цилиндров.
Колоннарные фазы встречаются в системах с полиароматическими ядрами, окружёнными гибкими боковыми цепями. Они обладают высокой анизотропией проводимости и используются в органической электронике, например, для создания органических полупроводников.
Кубические фазы
Некоторые жидкокристаллы, особенно в мицеллярных и лиотропных системах, могут образовывать кубическую симметрию. В таких фазах мицеллы или агрегаты молекул упорядочены в трёхмерную периодическую структуру. Существует несколько вариантов:
Кубические фазы часто наблюдаются в водно-детергентных системах и биологических мембранных структурах.
Лиотропные жидкокристаллы
В отличие от термотропных (образующихся при изменении температуры), лиотропные жидкие кристаллы образуются при смешении амфифильных молекул с растворителем. Их структура зависит от концентрации и природы растворителя.
Возможны следующие лиотропные фазы:
Лиотропные системы являются модельными объектами для изучения биомембран и активно применяются в фармацевтических технологиях для доставки лекарств.