Точечные дефекты в нематических жидкокристаллических материалах с коническим сцеплением на границе раздела

Обложка
  • Авторы: Крахалев М.Н.1,2, Шабанов В.Ф.3, Зырянов В.Я.1
  • Учреждения:
    1. Институт физики им. Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН
    2. Сибирский федеральный университет, Институт инженерной физики и радиоэлектроники
    3. Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр СО РАН»
  • Выпуск: Том 21, № 3 (2020)
  • Страницы: 433-440
  • Раздел: Раздел 3. Технологические процессы и материалы
  • URL: https://journals.eco-vector.com/2712-8970/article/view/562971
  • DOI: https://doi.org/10.31772/2587-6066-2020-21-3-433-440
  • ID: 562971

Цитировать

Полный текст

Аннотация

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.

Об авторах

Михаил Николаевич Крахалев

Институт физики им. Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН; Сибирский федеральный университет, Институт инженерной физики и радиоэлектроники

Email: kmn@iph.krasn.ru

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории молекулярной спектроскопии, Институт физики им. Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН; доцент кафедры общей физики, Институт инженерной физики и радиоэлектроники Сибирского федерального университета

Россия, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/38; 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79

Василий Филиппович Шабанов

Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр СО РАН»

Email: shabanov@ksc.krasn.ru

доктор физико-математических наук, профессор, академик РАН, научный руководитель; Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр СО РАН»

Россия, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50

Виктор Яковлевич Зырянов

Институт физики им. Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: zyr@iph.krasn.ru

доктор физико-математических наук, профессор, руководитель научного направления, заведующий лабораторией молекулярной спектроскопии; Институт физики им. Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН

Россия, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/38

Список литературы

  1. Gennes P. G. de, Prost J. The physics of liquid crystals. 2. ed., Reprint. Oxford: Clarendon Press, 1998. 597 p.
  2. Oswald P., Pieranski P. Nematic and cholesteric liquid crystals: concepts and physical properties illustrated by experiments. Boca Raton: Taylor & Francis, 2005. 618 p.
  3. 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.
  4. Kim M., Serra F. Tunable dynamic topological defect pattern formation in nematic liquid crystals. Advanced Optical Materials. 2020, Vol. 8, No. 1, P. 1900991.
  5. 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.
  6. Senyuk B. et al. Topological colloids. Nature. 2013, Vol. 493, No. 7431, P. 200–205.
  7. Nych A. et al. Assembly and control of 3D nematic dipolar colloidal crystals. Nature Communications, 2013, Vol. 4, No. 1, P. 1489.
  8. Medle Rupnik P. et al. Field-controlled structures in ferromagnetic cholesteric liquid crystals. Science Advances. 2017, Vol. 3, No. 10, P. 1701336.
  9. Lavrentovich O. D. Transport of particles in liquid crystals. Soft Matter. 2014, Vol. 10, No. 9, P. 1264–1283.
  10. 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.
  11. Sengupta A. Microbial active matter: A topological framework. Front. Phys. Frontiers. 2020, Vol. 8, P. 184.
  12. 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.
  13. Meyer R. B. Point disclinations at a nematic-isotropic liquid interface. Molecular Crystals and Liquid Crystals. 1972, Vol. 16, No. 4, P. 355–369.
  14. Kleman M., Friedel J. Disclinations, dislocations, and continuous defects: A reappraisal. Rev. Mod. Phys. 2008, Vol. 80, No. 1, P. 61–115.
  15. 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.
  16. 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.
  17. 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.
  18. 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.
  19. 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.
  20. Krakhalev M. N. Electrically induced transformations of defects in cholesteric layer with tangential-conical boundary conditions. Scientific reports. 2020. Vol. 10. P. 4907.
  21. Krakhalev M.N. et al. Director configurations in nematic droplets with tilted surface anchoring. Liquid Crystals. 2017, Vol. 44, No. 2, P. 355–363.
  22. Ohzono T. Uncovering different states of topological defects in schlieren textures of a nematic liquid crystal. Scientific reports. 2017, Vol. 7, P. 16814.
  23. Yeh P., Gu C. Optics of liquid crystal displays. New York, Wiley, 1999, 438 p.
  24. 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.
  25. Harth K., Stannarius R. Topological point defects of liquid crystals in quasi-two-dimensional geometries. Front. Phys. Frontiers. 2020, Vol. 8, P. 112.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Крахалев М.Н., Шабанов В.Ф., Зырянов В.Я., 2020

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах