回転磁場下における液晶の電気流体力学的不安定性

旋转磁场下液晶的电流体动力学不稳定性

基本信息

批准号：
10740194
负责人：
日高芳樹
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至 1999
项目状态：
已结题

项目摘要

ネマチック液晶に電場を印加することで発生する電気対流現象(電気流体力学的不安定性)は,非平衡開放系における散逸構造の典型例として幅広く研究が行われている.特に近年は,対称性の観点から,棒状液晶分子が電極に対して垂直に配向したホメオトロピック配向系に注目が集まっている.このようなホメオトロピック系に電場を印加すると,まず初めにフレデリクス転移によって系の連続回転対称性が自発的に破れるためゴールドストーン・モードが生じ,さらに高い電場を加えると電気流体力学的不安定性によって系内に短波長の対流モードが生じる.このようなゴールドストーン・モードと対流モードが共存する系では,ソフトモード乱流と呼ばれる時空カオスが対流発生と同時に超臨界的に発生する.本研究では,磁場中で電気対流を発生させ,さらに磁場中で試料を回転させることにより(波数ゼロの)回転モードを強制的に励起させ,その回転モードの対流パターンへの影響を調べた.パターンの振る舞いは印加電圧の周波数によってノーマル・ロールとオブリーク・ロールに分けられるため,それぞれの領域で観測した.液晶分子は磁場に平行になろうとして磁場に追随して回転するが,回転が速くなると追随できなくなる.そのような非同期領域ではソフトモード乱流と同様の等方的なカオス・パターンが現れた.これは,オブリーク・ロールにおけるカイラル対称性の破れが等方的なパターンの発生に寄与していることを示す.またノーマル・ロールの非同期領域では,defect-mediatedシェブロンと類似の周期的に欠陥の配列したパターンが現れた.これらのことから,ソフトモード乱流の発生メカニズムがオブリーク・ルールとノーマル・ロールでは全く異なることがわかった.

从角度来看，向列液晶施加电场时发生的电对流现象（电流体动力学不稳定性）作为非平衡开放系统中耗散结构的典型例子已被广泛研究。人们的注意力集中在垂直排列系统上，其中棒状液晶分子垂直于电极排列。当向这样的垂直系统施加电场时，系统的连续旋转对称性首先由弗雷德里克跃迁引起。由于磁场的自发破裂而产生戈德斯通模式，当施加较高的电场时，由于电流体动力学的不稳定性，系统中产生短波长对流模式。这样的戈德斯通模式和对流模式并存。在对流发生的同时，被称为软模式湍流的时空混沌以超临界方式发生的系统中，在这项研究中，我们在磁场中产生电对流，并进一步在磁场中旋转样品（波数我们强制激发旋转模式（零）并研究旋转模式对对流模式的影响。根据施加电压的频率，模式的行为可以分为正向滚动和倾斜滚动，因此我们观察到液晶分子试图与磁场平行并跟随磁场旋转，但随着旋转速度加快，它们无法跟随磁场，在这样的异步区域中，会出现类似于软模式湍流的各向同性混沌。这表明倾斜辊中的手性对称性破坏有助于产生各向同性图案。此外，在正常辊的异步区域中，出现了类似于缺陷介导的人字纹的图案，其中出现了缺陷周期性排列的图案。斜规则与正滚运动产生软模湍流的机制完全不同。