Российские учёные нашли и исследовали сложные виды дефектов в каплях жидких кристаллов

Российские учёные нашли и исследовали сложные виды дефектов в каплях жидких кристаллов - СФУ
Фото: news.sfu-kras.ru

Сотрудники Института физики имени Л. В. Киренского СО РАН и Сибирского федерального университета совместно с российскими и иностранными коллегами детально изучили капли холестерического жидкого кристалла, структура которых имеет дефект в виде закрученной петли. Результаты исследований были опубликованы в журнале Scientific Reports.

Жидкие кристаллы (ЖК)  — это химические вещества, которые в определённом интервале температур могут образовывать мезофазу  — промежуточное состояние между твёрдым и жидким. Жидкие кристаллы сочетают в себе два противоположных свойства: они обладают текучестью, характерной для жидкостей, и анизотропией физических свойств (различием свойств в зависимости от направления), присущей твёрдым кристаллам. Такие особенности ЖК обусловлены наличием ориентационного порядка длинных осей молекул. В результате молекулы, из которых состоит жидкий кристалл, остаются относительно подвижными, но в то же время определённым образом ориентированными, чем обусловлена анизотропия свойств. Ориентация молекул может быть различной, более того, её можно изменить под воздействием электрического поля. Именно поэтому ЖК нашли широкое применение в различных электрооптических устройствах, например, в дисплеях.

Жидкие кристаллы, с которыми работали учёные, называются холестериками, или хиральными нематиками. У каждой молекулы жидкого кристалла есть несколько осей вращения. В ориентационных структурах выделяется преимущественное направление длинных осей молекул, которое называется директор. В случае холестериков директор формирует закрученную геликоидальную структуру. Это значит, что направления длинных осей молекул (и, соответственно, их дипольные моменты) повернуты относительно друг друга на некоторый угол и концы их описывают в пространстве винтовую линию (геликоид) вокруг указанной оси геликоида.

Такая особенность ориентации молекул жидкого кристалла приводит к тому, что показатель преломления холестерика оказывается пространственно промодулирован, то есть изменяется по гармоническому закону. Свет, прошедший через такую структуру, дифрагирует. Характер распространения света через холестерик определяют параметры геликоидальной ориентационной структуры, зависящие от свойств жидкого кристалла и особенностей его взаимодействия с окружающей средой.

Учёные исследовали структуру холестерика в отдельных каплях размером несколько десятков микрон, в которых на границе раздела с полимером директор ориентируется строго перпендикулярно. Оказалось, что в таких каплях геликоидальная структура в разных участках имеет различный шаг спирали  — расстояние, на котором директор делает полный оборот.

«Мы детально рассмотрели формирующуюся структуру в каплях холестерика и показали, как она „выглядит“ в оптический микроскоп при различных ориентациях и размерах капель. Также мы изучили влияние электрического поля на периодичность структуры и форму линейного дефекта»,  — рассказал один из авторов статьи Михаил Крахалёв , кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института физики имени Л.  В.  Киренского СО РАН, доцент кафедры общей физики Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ.

Учёные показали, что в каплях холестерика вместо обычной геликоидальной структуры формируется дефектная структура в виде двойной закрученной спирали. Также авторы изучили у таких структур оптические текстуры, которые наблюдаются в оптический микроскоп. Так как структуры, формирующиеся в каплях холестерика, достаточно сложны, соответствующие им оптические текстуры определяются большим числом факторов.

«Мы детально исследовали и описали то, как оптическая текстура исследуемых капель зависит от их размера и „ракурса“, под которым происходит наблюдение. Описанные текстуры могут помочь идентифицировать аналогичные конфигурации в других системах, а предложенный подход может быть использован для анализа сложных ориентационных структур»,   — заключил Михаил Крахалёв .

Работа проходила в сотрудничестве с учёными из Института физики имени Л.  В. Киренского СО РАН, Московского государственного университета имени М.  В.  Ломоносова и Национального университета Чэн Куна (Тайвань).

Иллюстрация: rапли холестерического жидкого кристалла при наблюдении в поляризационный микроскоп. Источник: Михаил Крахалёв

Данный материал опубликован на сайте BezFormata 11 января 2019 года,
ниже указана дата, когда материал был опубликован на сайте первоисточника!
 
По теме
В СФУ пройдёт конференция «Задачи со свободными границами: теория, эксперимент и приложения» - СФУ Дата события: 1–4 июля 2020 г. С 1 по 4 июля 2020 года в Сибирском федеральном университете пройдёт VII Всероссийская конференция c участием зарубежных учёных «Задачи со свободными границами: теория, эксперимент и приложения».

21.02.2020
 
20 февраля прошла федеральная апробация ЕГЭ по английскому языку В целях подготовки к государственной итоговой аттестации по основным общеобразовательным программам среднего общего образования в форме ЕГЭ 20.02.2020г.

21.02.2020
В университете поздравили защитников Отечества - СибГУ им. М.Ф. Решетнева Состоялось торжественное празднование Дня защитника Отечества, на котором руководства университета Решетнева поздравило преподавателей и курсантов Военного учебного центра.
СибГУ им. М.Ф. Решетнева
21.02.2020
Гпн - КГПУ В соответствии со ст. 25 Федерального закона от 21.12.1994 №69-ФЗ «О пожарной безопасности» в целях информирования работников организаций и населения в целом о состоянии пожарной безопасности в Красноярском крае,
КГПУ
21.02.2020
Фото www.facebook.com/evgeniya.skazka О неожиданном визите написала на своей странице в социальной сети пресс-секретарь главного управления образования Красноярска Евгения Тимашева.
19.02.2020 Наш Красноярский край
Красноярский камерный оркестр приглашает горожан во французское путешествие - Наш Красноярский край Фото предоставлено пресс-службой филармонии Сегодня, 21 февраля, в 19:00 в Малом концертном зале состоится концерт абонемента «Музыкальные телепортации с Красноярским камерным оркестром».
Наш Красноярский край
21.02.2020
Сотрудники управления по конвоированию ГУФСИН России по Красноярскому краю стали лауреатами VII краевого вокального конкурса «Афганский ветер». - ГУФСИН России Солисты группы «На взлет» Андрей Быков и Сергей Киселев исполнили конкурсную музыкальную композицию, посвященную трагическим событиям 1989 года, когда военно-транспортный самолёт Ил-76,
ГУФСИН России
21.02.2020
Сотрудники и ветераны  ГСУ приняли участие в  чемпионате по настольному теннису - Следственный комитет 19 февраля в спортивном комплексе Красноярской региональной организации Общества «Динамо» состоялся лично-командный чемпионат по настольному теннису среди сотрудников и ветеранских организаций коллективов физической куль
Следственный комитет
20.02.2020
Это шуточное выражение принадлежит парашютистам-пожарным Федеральной службы Авиалесоохраны, которые забрасываются вертолетами и самолетами в самые горячие (в прямом смысле слова) точки природных пожаров.
20.02.2020 Власть Труда
В Новосибирске состоялись чемпионат и первенство СФО по хапкидо. От нашего города были заявлены семь спортсменов разных возрастных категорий.
20.02.2020 Власть Труда
С 23 февраля, дорогие наши защитники! - Власть Труда Так уж сложилось, что хотя 23 февраля и остается праздником тех, кто служил и служит в рядах Российской армии, женщины в этот день поздравляют всех своих мужчин.
Власть Труда
21.02.2020
Конкурс «Народное признание» - КГБУЗ Краевой центр СПИД Уважаемый пациент! Ассоциация «Красноярская медицинская палата», министерство здравоохранения Красноярского края объявляет Конкурс «Народное признание» с целью выявления, по Вашему мнению,
КГБУЗ Краевой центр СПИД
21.02.2020
Прокуратура Манского района совместно со Службой строительного надзора и жилищного контроля Красноярского края провела проверку по факту некачественного ремонта крыши многоквартирного дома, расположенного в селе Шалинское.
21.02.2020 Прокуратура