二维向列型球面液晶中拓扑缺陷的稳定性研究

发布时间：2020-06-13 10:53

【摘要】：液晶研究和应用的一个重要前沿方向是几何受限的液晶体系。液晶的多种物理性质基本上由液晶分子的微观取向决定,而后者和液晶中的拓扑缺陷分布关系紧密。因此,液晶系统中的拓扑缺陷结构在许多物理过程和应用中扮演着重要作用。实验和理论研究表明,缺陷可以并且必须存在于球面液晶中,这是由球面拓扑来决定的。然而,若去除拓扑约束,液晶缺陷是否还能稳定存在这个问题并不十分清楚。本文基于各向同性向列型液晶拓扑圆盘模型,通过解析方法研究液晶缺陷的稳定性机制。我们的解析计算表明,增大圆盘面积,曲率的累积效应会阻止典型的+1和+1/2缺陷形成boojum纹理。这些缺陷将由曲率驱动,最终移动到圆盘的中心,并稳定存在。我们还讨论了+1缺陷分裂成两个+1/2缺陷的情形,发现了曲率驱动的一对+1/2缺陷之间交替的互斥和吸引作用。此项研究表明,曲率可以驱动液晶中拓扑缺陷的产生和保证其稳定性,并且可以调控缺陷之间的相互作用。此项工作的相关结果提供了稳定缺陷的几何方法,可能对工程上利用缺陷调控几何受限液晶体系有启发。
【图文】：

弗兰克自由能连续极限下，圆盘上液晶分子的朝向是由位置 x 处的切平面上的一个线素。线素场和向量场的不同在于，后者有方向，由于液晶中的棒状分子的素场，我们有 n x n x ，，并且取 n x 。平衡状态下的向列纹理是能[18]控制∫n 表示积分区域。弗兰克自由能密度是divn n curln 和 分别是展曲和弯曲弹性模量。图 2 1(a) 中，展曲（splay）形变，div n 不为 0，但是，curl n 。在图 2bend）形变，curl n 不为 0，但是，div n 。参见参考文献[49]。

2拓扑缺陷的拓扑荷
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O753.2

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本文编号：2711068