液晶系に見られる超臨界分岐で発生する時空カオスの普遍性

液晶系统超临界分岔中时空混沌的普遍性

基本信息

批准号：
14740239
负责人：
日高芳樹
金额：
$ 2.56万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

超臨界分岐で発生する新しいタイプの時空カオスであるソフトモード乱流のマクロ揺らぎの空間的な性質について実験的研究を行った。本研究では、連続回転対称性の自発的破れに伴うGoldStoneモードと対流短波長モードが非線形相互作用するホメオトロピック液晶の電気対流系を研究対象とした。その相互作用の仕方には対称性の異なる2種類があることが知られていた。ひとつは対流波数ベクトルと液晶ディレクタが平行なnormal rolls(NR)で、もう一つは対流波数ベクトルと液晶ディレクタの間に常に一定角度をもつabnormal rolls(AR)である。昨年度の本研究によりORでは対流波数ベクトルの向きがそろったドメインを持ち、そのドメインが集合した構造であることが明らかになっていた。一方、今年度の研究により、NRではドメイン構造が存在しないことが画像解析により明らかとなった。また対流パターンの異方性秩序を見積るために、ネマチック-等方転移の秩序パラメータを参考にして一種の異方性秩序パラメータをあらたに定義した。これは、系の対流ロールの向きの偏りを距離の関数とした量であり、系全体のロールの向きの偏りと乱れを計る量である。ORとNRの両方について、画像解析を用いてこの量の測定を行った。その結果、ORは系全体では等方的な構造をとるが、NRでは広い範囲にわたって異方性が残っていることを定量的に明らかにした。ORでは液晶ディレクタの向きに対して2つの対流波数ベクトルが縮退しており、NRに見られる反転対称性が破れていると考えることができる。異方性秩序の有無もこの違いが源と考えられる。ORではドメイン構造が存在するが、対流波数ベクトルが空間的に急変する構造であり、このため異方性は急速に失われていると考えられる。

我们对软模式湍流中宏观涨落的空间特性进行了实验研究，软模式湍流是超临界分岔中发生的一种新型时空混沌。在这项研究中，我们重点研究垂直液晶的电对流系统，其中金石模式和对流短波长模式由于连续介质旋转对称性的自发破缺而非线性相互作用。众所周知，存在两种具有不同对称性的相互作用。一种是正常滚动（NR），其中对流波数矢量与液晶指向矢平行；另一种是异常滚动（AR），其中对流波数矢量与液体之间始终存在恒定角度水晶导演。去年的研究表明，OR 具有一个域，其中对流波矢量沿同一方向排列，并且该结构是域的集合。另一方面，今年的研究通过图像分析表明，NR 中不存在域结构。此外，为了估计对流模式的各向异性阶数，我们参考向列-各向同性转变的阶数参数，新定义了一种各向异性阶数参数。这是使系统的对流滚动方向的偏差成为距离的函数的量，是衡量整个系统的滚动方向的偏差和扰动的量。图像分析用于测量 OR 和 NR 的数量。结果，我们定量地阐明了，虽然 OR 在整个系统中具有各向同性结构，但 NR 在很大范围内保持各向异性。在OR中，两个对流波矢相对于液晶指向矢的取向是简并的，可以认为NR中看到的反演对称性被打破。这种差异被认为是各向异性有序存在或不存在的根源。虽然OR中存在域结构，但它是对流波数矢量在空间上快速变化的结构，因此认为各向异性快速消失。