REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Doktorsko delo obravnava raziskave meddelčnih interakcij in sestavljanje novih koloidnih
struktur v ograjenem nematskem tekočem kristalu z optično pinceto. Tekočekristalni koloidi
so nova vrsta kompozitnih materialov z dobro definiranimi periodičnimi strukturami v nanometrskem
oziroma mikrometrskem območju. Imajo tudi možnost uravnavanja mehanskih,
optičnih in reoloških lastnosti. Zaradi tega so zanimivi za uporabo v fotoniki, elektro-optiki,
senzorjih in metamaterialih. Prav tako gre pričakovati, da bodo odigrali pomembno vlogo
pri razvoju samosestavljivih mehkih sistemov.
Pričujoče delo je primarno posvečeno sestavljanju dvodimenzionalnih koloidnih struktur
v tankih nematskih plasteh. Dispergirani koloidni delci s svojo prisotnostjo spremenijo
lokalno urejenost tekočega kristala in povzročijo nastanek topoloških defektov z lokalno
dipolno oziroma kvadrupolno simetrijo okoliškega molekularnega polja. Nastale motnje
nematske urejenosti posredujejo elastične sile med dispergiranimi delci in vplivajo na njihovo
prostorsko razporeditev. Odkritje in razumevanje tega mehanizma je bilo ključnega pomena,
saj je sprožilo razburljivo iskanje samosestavljivih struktur v nematskih koloidnih disperzijah.
S sodelavci smo pojasnili sestavljanje stabilnih dvodimenzionalnih nematskih koloidnih
kristalov z dipolno oziroma kvadrupolno simetrijo in kot vezavni mehanizem identificirali
elastičnost tekočega kristala. Postopek sestavljanja je bil delno avtomatiziran z uporabo
zunanjega električnega polja, ki omogoča masovni transport delcev na makroskopskemnivoju.
V nadaljevanju je bil odkrit nov vezavni mehanizem, pri katerem interakcije med koloidnimi
delci v nematskem tekočem kristalu posredujejo delokalizirane defektne linije. Z natančno
manipulacijo defektnih linij in koloidnih delcev izdelamo nematske pletenine, ki predstavljajo
nov tip topološko stabilnih objektov.
Glavni rezultati doktorskega dela so razdeljeni v tri neodvisne sklope. Najprej smo analizirali
topološke lastnosti tekočega kristala v okolici mikropalčk in pokazali, da oblika delcev nima
bistvenega vpliva na tip meddelčnih interakcij. Nato smo pokazali, da kiralno nematsko
polje močno vpliva na nastanek topoloških defektov in posledično omogoča nov način meddel
čnih interakcij. V geometriji zvojne nematske celice smo sestavili koloidne pare s pobeglimi
hiperboličnimi defektnimi obroči in dvodimenzionalne koloidne kristale s poljubno ročnostjo.
Opazili smo, da kiralno nematsko polje dodatno stabilizira prepletene koloidne strukture in
omogoča izdelavo prepletenih dvodimenzionalnih nematskih koloidnih kristalov. Te vrste
nematskih pletenin so še posebej zanimive, saj smo z njimi ustvarili edinstveno eksperimentalno
realizacijo topoloških objektov, ki jih obravnava matematična teorija vozlov. Rezultati
predstavljajo novo paradigmo v znanosti o koloidih in napovedujejo uporabo zavozlanih
topoloških vzorcev na področju modeliranja konfiniranih elastičnih filamentov, svetlobno
občutljivih spominskih celic ter izdelavi topoloških tarč za urejanje dispergiranih polimerov.