Научная электронная библиотека ULRICH'S Periodicals Directory

Сибирский государственный университет
науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева

Сибирский аэрокосмический журнал
ISSN 2712-8970 (Print) ISSN 2782-5760 (on-line)

Сведения об образовательной организации

UDK 539.22 Doi: 10.31772/2587-6066-2020-21-3-433-440
ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ В НЕМАТИЧЕСКИХ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ С КОНИЧЕСКИМ СЦЕПЛЕНИЕМ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА
М. Н. Крахалев, В. Ф. Шабанов, В. Я. Зырянов
Институт физики им. Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН; Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/38; Сибирский федеральный университет, Институт инженерной физики и радиоэлектроники; Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79; Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр СО
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.
Ключевые слова: топологический дефект, ориентационная структура, нематический жидкий кристалл, оптическая разность фаз.
References

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 nematicisotropic 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. Threedimensional 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 tangentialconical 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.


Крахалев Михаил Николаевич – 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. Е-mail: kmn@iph.krasn.ru.
Шабанов Василий Филиппович – доктор физико-математических наук, профессор, академик РАН, научный руководитель; Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр СО РАН». Е-mail: shabanov@ksc.krasn.ru.
Зырянов Виктор Яковлевич – 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. Е-mail: zyr@iph.krasn.ru.


  ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ В НЕМАТИЧЕСКИХ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ С КОНИЧЕСКИМ СЦЕПЛЕНИЕМ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА