Расщепление солитонов в электроконвективной структуре нематического жидкого кристалла
- Авторы: Делев В.A1, Скалдин О.А1, Тимиров Ю.И1
-
Учреждения:
- Институт физики молекул и кристаллов Уфимского федерального исследовательского центра РАН
- Выпуск: Том 119, № 1-2 (2024)
- Страницы: 59-65
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0370-274X/article/view/260476
- DOI: https://doi.org/10.31857/S1234567824010117
- EDN: https://elibrary.ru/rnrbcd
- ID: 260476
Цитировать
Аннотация
Изучаются особенности динамики топологических дефектов в электроконвективной структуре, возникающей в закрученном на п/2 нематическом жидком кристалле. Электроконвективная структура (домены Вильямса) представляет собой систему роллов, аналогичную системе конвективных ячеек в термоконвекции. Гидродинамические потоки в роллах закрученного нематика носят геликоидальный характер, так как кроме тангенциальной компоненты скорости, имеется и аксиальная составляющая, направление которой противоположно в соседних роллах. Эта особенность приводит к образованию устойчивых локализованных протяженных образований линейных дефектов, ориентированных нормально к доменам Вильямса. Условие неразрывности геликоидального потока анизотропной жидкости в закрученных нематиках не позволяет линейному дефекту распадаться на отдельные дислокации. Длина линейного дефекта и количество дислокаций в нем регулируются приложенным к ЖК-ячейке переменным напряжением. В отличие от случая планарной ориентации, когда с увеличением приложенного напряжения линейные дефекты распадаются на отдельные дислокации, здесь возникают зиг-заг осцилляции, при этом сама структура доменов остается стационарной. Границами зиг и заг областей в ядре линейного дефекта являются дислокации с топологическими зарядами S = ±1. В линейном дефекте определенной длины впервые обнаружен “элементарный” распад дислокации с топологическим зарядом S = +1 (кинка) на дислокацию c S = -1 (антикинк) и две дислокации c зарядами S = +1. Возможный механизм расщепления топологического дефекта связан с возникновением локальной неустойчивости ориентационной твист-моды директора n в ядре дефекта, вызванной критическим ростом гидродинамических флуктуаций с увеличением приложенного напряжения. Показано, что обнаруженный распад топологического солитона качественно описывается в рамках возмущенного уравнения синус-Гордона с затуханием.
Об авторах
В. A Делев
Институт физики молекул и кристаллов Уфимского федерального исследовательского центра РАН
Email: delev@anrb.ru
Уфа, Россия
О. А Скалдин
Институт физики молекул и кристаллов Уфимского федерального исследовательского центра РАНУфа, Россия
Ю. И Тимиров
Институт физики молекул и кристаллов Уфимского федерального исследовательского центра РАНУфа, Россия
Список литературы
- G. Toulouse and M. Kleman, J. Phys. Lett. 37, 149 (1976).
- T. W. B. Kibble, J. Phys. A 9, 1387 (1976).
- N. D. Mermin, Rev. Mod. Phys. 51, 591 (1979).
- M. C. Cross and P. C. Hohenberg, Rev. Mod. Phys. 65, 851 (1993).
- A. Vilenkin and E. P. Shellard, Cosmic strings and other topological defects, Cambridge University Press, Cambridge (1994).
- P. M. Chaikin, T. C. Lubensky, and T. A. Witten, Principles of condensed matter physics, Cambridge University Press, Cambridge (1995).
- O. D. Lavrentovich, Liq. Cryst. 24, 117 (1998).
- H.-R. Trebin, Liq. Cryst. 24, 127 (1998).
- Г. А. Малыгин, ФТТ 43, 822 (2001).
- M. Kleman and J. Friedel, Rev. Mod. Phys. 80, 61 (2008).
- I. Chuang, R. Durrer, N. Turok, and B. Yurke, Science 251, 1336 (1991).
- M. Kim and F. Serra, Adv. Opt. Mater. 8, 1900991 (2020).
- J. Brox, P. Kiefer, M. Bujak, T. Schaetz, and H. Landa„ Phys. Rev. Lett. 119, 153602 (2017).
- И. С. Арансон, УФН 189, 955 (2019).
- С. А. Пикин, Структурные превращения в жидких кристаллах, Наука, М. (1981).
- P. G. de Gennes and J. Prost, The Physics of Liquid Crystals, Clarendon, Oxford (1994).
- П. В. Долганов, Н. С. Шуравин, В. К. Долганов, Е. И. Кац, Письма в ЖЭТФ 101, 505 (2015).
- S. Digal, R. Ray, and A. M. Srivastava, Phys. Rev. Lett. 83, 5030 (1999).
- H. Mukai, P. R. G. Fernandes, B. F. de Oliveira, and G. S. Dias, Phys. Rev. E 75, 061704 (2007).
- J.-P. Eckmann, G. Goren, and I. Procaccia, Phys. Rev. A 44, R805 (1991).
- E. Bodenschatz, W. Pesch, and L. Kramer, Physica D 32, 135 (1988).
- S. Kai, N. Chizumi, and M. Kohno, Phys. Rev. A. 40, 6554 (1989).
- G. Goren, I. Procaccia, and V. Steinberg, Phys. Rev. Lett. 63, 1237 (1989).
- S. Rasenat, V. Steinberg, and I. Rehberg, Phys. Rev. A 42, 5998 (1990).
- E. Bodenschatz, W. Pesch, and L. Kramer, J. Stat. Phys. 64, 1007 (1991).
- A. Joets and R. Ribotta, J. Stat. Phys. 64, 981 (1991).
- Е. С. Пикина, А. Р. Муратов, Е. И. Кац, В. В. Лебедев, ЖЭТФ 164, 129 (2023).
- О. М. Браун, Ю. С. Кившарь, Модель Френкеля-Конторовой: Концепции, Методы, Приложения, Физматлит, М. (2006).
- M. Lowe and J. P. Gollub, Phys. Rev. A 31, 3893 (1985).
- L. Lam and J. Prost (editors), Solitons in Liquid Crystals, Springer, N.Y. (1992).
- B.-X. Li, V. Borshch, R.-L. Xiao, S. Paladugu, T. Turiv, S. V. Shiyanovskii, and O. D. Lavrentovich, Nat. Commun. 9, 2912 (2018).
- О. А. Скалдин, В. А. Делев, Е. С. Шиховцева, Э. С. Батыршин, Ю. А. Лебедев, Письма в ЖЭТФ 93, 431 (2011).
- О. А. Скалдин, В. А. Делев, Е. С. Шиховцева, Ю. А. Лебедев, Э. С. Батыршин, ЖЭТФ 148, 1232 (2015).
- В. А. Делев, В. Н. Назаров, О. А. Скалдин, Э. С. Батыршин, Е. Г. Екомасов, Письма В ЖЭТФ 110, 607 (2019).
- S. Aya and F. Araoka, Nat. Commun. 11, 3248 (2020).
- Y. Shen and I. Dierking, Commun. Phys. 3, 14 (2020).
- Yu. Shen and I. Dierking, Crystals 12, 1 (2022).
- В. А. Делев, Письма В ЖЭТФ 113, 26 (2021).
- В. А. Делев, А. П. Крехов, ЖЭТФ 152, 1414 (2017).
- A. Hertrich, A. P. Krekhov, and O. A. Scaldin J. Phys. II France 4, 239 (1994).
- V. A. Delev, P. Toth, and A. P. Krekhov, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 351, 179 (2000).
- F. H. Busse and E. W. Bolton, J. Fluid. Mech. 146, 115 (1984).
- А. Б. Волынцев, А. В. Ратт, Вестн. Перм. универ. Физика 1, 3 (2005).
- А. А. Гриб, С. Г. Мамаев, В. М. Мостепаненко, Квано-вые эффекты в интенсивных внешних полях, Атом-издат, М. (1980).
- J. Schwinger, Phys. Rev. 82, 664 (1951).
- A. I. Berdyugin, N. Xin, H. Gao et al. (Collaboration), Science 375, 430 (2022).
- J. A. Gonzalez, A. Bellorin, and L. E.Guerrero, Phys. Rev. E 65, 065601 (2002).
- J. A. Gonzalez, A. Bellorin, L. E.Guerrero, Chaos. Solitons & Fractals 33, 143 (2007).
- Yu. S. Kivshar and B. A. Malomed, Rev. Mod. Phys. 61, 763 (1989).
- P. Bak and A. Brazovsky, Phys. Rev. B 17, 3154 (1978).
- D. P. Zipes and J. Jalife, Cardiac electrophysiology: from cell to bedside, W. B. Saunder, N.Y. (2000).