Doktorska disertacija
Stabilizacija topoloških defektov v tekočih kristalih s pomočjo kiralnosti in nanodelcev
Ogledi: 6 | Prenosi: 8
Povzetek
Naš glavni interes je stabilizacija sklopov topoloških defektov (TD) v tekočih kristalih (TK). Zaradi topološkega ozadja TD, je fizika defektov zanimiva za vsa področja fizike, vključno s sistemi kondenzirane materije, fiziko delcev in kozmologijo. TK predstavljajo idealno preizkusno mesto za fiziko TD. V doktorskem delu se osredotočamo predvsem na vpliv kiralnosti in različnih nanodelcev (ND) na stabilnost in pozicioniranje sklopov TD. Disertacija vključuje eksperimentalne meritve, teoretično modeliranje in numerične simulacije. V eksperimentalnem delu smo se osredotočili na pripravo mešanic magnetnih ND in CE8. Nadalje so z uporabo polarizirane optične mikroskopije (POM) in kalorimetrije visoke ločljivostji proučevane stabilizacije TK faz, TGBA in modrih faz (BP). Pri teoretičnem modeliranju smo uporabili Landau-de Gennes-Ginzburgov mezoskopski pristop v smislu nematskega tenzorja in smektičnih kompleksnih ureditvenih parametrov.
Najprej smo upoštevali vpliv kiralnosti in elastičnost sedla na stabilizacijo večkrat zvitih struktur v nematskih TK. V ta namen smo uporabili Frank-Oseenov pristop, kjer je nematski red opisan izključno s poljem nematskega direktorja. Uporabljena je bila cilindrična geometrija, v kateri smo lahko določili kritične pogoje za nastanek večkrat zvitih struktur (MTS) za različne robne omejitve. Takšen strukturni svinec zaradi topoloških razlogov neizogibno vsebuje mreže TD v treh dimenzijah. Uporabili smo cilindrično geometrijo in različne robne pogoje, da smo približno posnemali vpliv domenskih mej, ki ločujejo regije z različno usmerjenimi več-zvitimi konfiguracijami. Nadalje so nas zanimale mehanske sile na ND, ki so dani v nematske TK strukture.
Nazadnje smo upoštevali TK strukture, ki kažejo kvalitativno različne mreže linijskih defektov. Ti se realizirajo v modrih fazah (BPs) in smektični A (SmA) fazi, twist grain boundary (TGBA) fazah. BP in TGBA kažejo disklinacije (linija TD v nematskem orientacijskem redu) in dislokacije (linije TD v translacijskem redu). Struktura jedra disklinacij je nematska dvoosna in vijačnih dislokacij nematska enoosna. Eksperimentalno smo pokazali, da lahko iste vrste ND učinkovito stabilizirajo obe mreži TD. Temeljni mehanizem, ki stabilizira te strukture, je pravzaprav ukrivljenost. Učinkovitost stabilizacije specifičnih TD je odvisna od geometrijskih podrobnosti ND.
Zgornji teoretični rezultati so bili eksperimentalno preverjeni v mešanicah kvazisferičnih magnetnih ND in tekočega kristala CE8. POM in kalorimetrični rezultati z visoko ločljivostjo so pokazali stabilizacijo dolgega reda TGBA, pa tudi skromno stabilizacijo faze BPI, hkrati pa zaviranje neurejene faze BPIII. Ti rezultati so podobni tistim, ki jih najdemo v mešanicah istega TK z zlatimi nanopalčkami slednje dokazuje, da magnetni nanodelci, ki zapolnijo jedra topološkega defekta, verjetno tvorijo podolgovate grozde, ki posnemajo nanopalčke z anizotropnim razmerjem stranic.