Точечные дефекты в нематических жидкокристаллических материалах с коническим сцеплением на границе раздела
Автор: Крахалев М.Н., Шабанов В.Ф., Зырянов В.Я.
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau
Рубрика: Технологические процессы и материалы
Статья в выпуске: 3 т.21, 2020 года.
Бесплатный доступ
Исследованы топологические точечные дефекты в нематических жидкокристаллических материалах. Предложен метод наклонного падения света, позволяющий определять азимутальный угол директора ахирального нематика, а также закрученного нематика (холестерика). Суть метода состоит в том, что при наклонном падении света на структуру с отличным от 0° и 90° полярным углом директора нематического жидкого кристалла (конические граничные условия) оптическая разность фаз, возникающая между обыкновенным и необыкновенным лучами, определяется величиной азимутального угла директора в центре слоя. Показано, что максимальное значение разности фаз достигается при нулевом азимутальном угле в центре слоя независимо от полного угла закрутки директора. Разработанный метод был использован для анализа топологических дефектов, формирующихся в слоях нематика и холестерика с коническими граничными условиями на межфазной границе. На основании полученных экспериментальных данных были построены распределения поля директора нематика и холестерика вблизи поверхностных точечных дефектов (буджумов) с топологическими зарядами m = +1 и m = -1. Полученные результаты интересны для исследований структурированных материалов, анализа оптическими методами дефектов структур, а предложенный метод наклонного падения света может использоваться для анализа широкого класса ахиральных и хиральных жидкокристаллических сред различного типа: смектиков, нематиков и холестериков с наклонными или гибридными граничными условиями.
Топологический дефект, ориентационная структура, нематический жидкий кристалл, оптическая разность фаз
Короткий адрес: https://sciup.org/148321993
IDR: 148321993 | DOI: 10.31772/2587-6066-2020-21-3-433-440
Список литературы Точечные дефекты в нематических жидкокристаллических материалах с коническим сцеплением на границе раздела
- Gennes P. G. de, Prost J. The physics of liquid crystals. 2. ed., Reprint. Oxford: Clarendon Press, 1998. 597 p.
- Oswald P., Pieranski P. Nematic and cholesteric liquid crystals: concepts and physical properties illustrated by experiments. Boca Raton: Taylor & Francis, 2005. 618 p.
- Sasaki Y. et al. Large-scale self-organization of reconfigurable topological defect networks in nematic liquid crystals. Nature Communications. 2016, Vol. 7, No. 1, P. 13238.
- Kim M., Serra F. Tunable dynamic topological defect pattern formation in nematic liquid crystals. Advanced Optical Materials. 2020, Vol. 8, No. 1, P. 1900991.
- Kim M., Serra F. Topological defect arrays in nematic liquid crystals assisted by polymeric pillar arrays: effect of the geometry of pillars. Crystals. 2020, Vol. 10, No. 4, P. 314.
- Senyuk B. et al. Topological colloids. Nature. 2013, Vol. 493, No. 7431, P. 200-205.
- Nych A. et al. Assembly and control of 3D nematic dipolar colloidal crystals. Nature Communications, 2013, Vol. 4, No. 1, P. 1489.
- Medle Rupnik P. et al. Field-controlled structures in ferromagnetic cholesteric liquid crystals. Science Advances. 2017, Vol. 3, No. 10, P. 1701336.
- Lavrentovich O. D. Transport of particles in liquid crystals. Soft Matter. 2014, Vol. 10, No. 9, P. 1264-1283.
- Sohn H. R. O., Liu C. D., Smalyukh I. I. Schools of skyrmions with electrically tunable elastic interactions. Nature Communications. 2019, Vol. 10, No. 1, P. 4744.
- Sengupta A. Microbial active matter: A topologi-cal framework. Front. Phys. Frontiers. 2020, Vol. 8, P. 184.
- Nabarro F. R. N. Singular lines and singular points of ferromagnetic spin systems and of nematic liquid crystals. Journal de Physique. 1972, Vol. 33, No. 11-12, P. 1089-1098.
- Meyer R. B. Point disclinations at a nematic-isotropic liquid interface. Molecular Crystals and Liquid Crystals. 1972, Vol. 16, No. 4, P. 355-369.
- Kleman M., Friedel J. Disclinations, dislocations, and continuous defects: A reappraisal. Rev. Mod. Phys. 2008, Vol. 80, No. 1, P. 61-115.
- Oswald P., Baudry J., Pirkl S. Static and dynamic properties of cholesteric fingers in electric field. Physics Reports. 2000, Vol. 337, No. 1, P. 67-96.
- Smalyukh I. I., Lavrentovich O. D. Three-dimensional director structures of defects in Grandjean-Cano wedges of cholesteric liquid crystals studied by fluorescence confocal polarizing microscopy. Phys. Rev. E. 2002, Vol. 66, No. 5, P. 051703.
- Madhusudana N. V., Pratibha R. Studies on high strength defects in nematic liquid crystals. Molecular Crystals and Liquid Crystals. 1983, Vol. 103, No. 1-4, P. 31-47.
- Ryschenkow G., Kleman M. Surface defects and structural transitions in very low anchoring energy nematic thin films. Journal of Chemical Physics. 1976, Vol. 64, No. 1, P. 404-412.
- Krakhalev M. N. et al. Nematic and cholesteric liquid crystal structures in cells with tangential-conical boundary conditions. Crystals. 2019, Vol. 9, No. 5, P. 249.
- Krakhalev M. N. Electrically induced transformations of defects in cholesteric layer with tangential-conical boundary conditions. Scientific reports. 2020. Vol. 10. P. 4907.
- Krakhalev M.N. et al. Director configurations in nematic droplets with tilted surface anchoring. Liquid Crystals. 2017, Vol. 44, No. 2, P. 355-363.
- Ohzono T. Uncovering different states of topological defects in schlieren textures of a nematic liquid crystal. Scientific reports. 2017, Vol. 7, P. 16814.
- Yeh P., Gu C. Optics of liquid crystal displays. New York, Wiley, 1999, 438 p.
- Lien A. The general and simplified Jones matrix representations for the high pretilt twisted nematic cell. Journal of Applied Physics. 1990, Vol. 67, No. 6, P. 2853-2856.
- Harth K., Stannarius R. Topological point defects of liquid crystals in quasi-two-dimensional geometries. Front. Phys. Frontiers. 2020, Vol. 8, P. 112.
