Theoretical study of topological photonics based on ordered structures of chiral liquid crystals

基于手性液晶有序结构的拓扑光子学理论研究

基本信息

批准号：
21H01049
负责人：
福田順一
金额：
$ 10.23万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

昨年度に行なった，キラル液晶が形成する擬2次元スカーミオン（渦状の配向秩序構造）からなるヘキサゴナル格子と同じ対称性を有するモデル構造について，その光学的性質の検討をさらに発展させた．具体的には，より単純かつ本質を捉えたタイトバインディング模型を構築し，バンドトポロジーの性質の解明や，バンドトポロジーの異なる構造の境界でのエネルギー輸送におけるキラリティの存在の影響などに対する考察を行なった．また，キラル液晶の擬2次元スカーミオン格子のフォトニックバンド構造などの検討も，電磁場のマクスウエル方程式を直接的に解くことによって開始し，バンド構造に対する誘電率異方性の変化の影響などを考察した．また本研究のターゲットの1つである，キラル液晶が示す3次元秩序相であるコレステリックブルー相の秩序構造の詳細について幾つかの検討を行なった．まずブルー相の双晶構造について，昨年度行なった双晶面の自由エネルギー評価に関する論文を公表するとともに，双晶の形成を伴うコレステリックブルー相の構造相転移のダイナミクスについて，液晶の配向秩序変数のダイナミクスを表す方程式を直接的に数値計算で解くことによる検討を開始した．また，有限の厚さの系（液晶セル）において，液晶とセルの表面との相互作用（アンカリング）の影響でセルの厚さ方向の構造の周期が離散的な値しか取れないことを示すとともに，およびその構造の周期と，構造が示す光学的性質に対する印加電場の影響について数値計算を行い，論文として公表した．

我们进一步发展了去年进行的模型结构的光学特性研究，该模型结构与由手性液晶形成的准二维斯格明子（涡旋状取向有序结构）组成的六方晶格具有相同的对称性。具体来说，我们构建了一个更简单且抓住本质的紧束缚模型，并研究了能带拓扑的性质以及手性的存在对不同能带拓扑结构之间的边界能量传输的影响。此外，通过直接求解电磁场麦克斯韦方程组开始研究手性液晶准二维斯格明子晶格的光子能带结构，并考虑介电各向异性变化对能带结构的影响．．我们还对胆甾蓝相的有序结构的细节进行了多项研究，胆甾蓝相是手性液晶表现出的三维有序相，也是本研究的目标之一。首先，关于蓝相的孪晶结构，我们将发表去年进行的孪晶面自由能评估的论文，我们还将讨论胆甾蓝相的结构相变伴随着形成的动力学。孪晶，以及液晶取向序变量的动力学我们通过直接求解表达的方程开始了研究。我们还表明，在有限厚度的系统（液晶盒）中，由于液晶与盒表面之间的相互作用（锚定），结构在盒厚度方向上的周期性只能取离散值我们对施加的电场对结构的周期和结构的光学性质的影响进行了数值计算，并将结果发表在论文中。