Расщепление солитонов в электроконвективной структуре нематического жидкого кристалла

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

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 РАН

Уфа, Россия

Ю. И Тимиров

Институт физики молекул и кристаллов Уфимского федерального исследовательского центра РАН

Уфа, Россия

Список литературы

  1. G. Toulouse and M. Kleman, J. Phys. Lett. 37, 149 (1976).
  2. T. W. B. Kibble, J. Phys. A 9, 1387 (1976).
  3. N. D. Mermin, Rev. Mod. Phys. 51, 591 (1979).
  4. M. C. Cross and P. C. Hohenberg, Rev. Mod. Phys. 65, 851 (1993).
  5. A. Vilenkin and E. P. Shellard, Cosmic strings and other topological defects, Cambridge University Press, Cambridge (1994).
  6. P. M. Chaikin, T. C. Lubensky, and T. A. Witten, Principles of condensed matter physics, Cambridge University Press, Cambridge (1995).
  7. O. D. Lavrentovich, Liq. Cryst. 24, 117 (1998).
  8. H.-R. Trebin, Liq. Cryst. 24, 127 (1998).
  9. Г. А. Малыгин, ФТТ 43, 822 (2001).
  10. M. Kleman and J. Friedel, Rev. Mod. Phys. 80, 61 (2008).
  11. I. Chuang, R. Durrer, N. Turok, and B. Yurke, Science 251, 1336 (1991).
  12. M. Kim and F. Serra, Adv. Opt. Mater. 8, 1900991 (2020).
  13. J. Brox, P. Kiefer, M. Bujak, T. Schaetz, and H. Landa„ Phys. Rev. Lett. 119, 153602 (2017).
  14. И. С. Арансон, УФН 189, 955 (2019).
  15. С. А. Пикин, Структурные превращения в жидких кристаллах, Наука, М. (1981).
  16. P. G. de Gennes and J. Prost, The Physics of Liquid Crystals, Clarendon, Oxford (1994).
  17. П. В. Долганов, Н. С. Шуравин, В. К. Долганов, Е. И. Кац, Письма в ЖЭТФ 101, 505 (2015).
  18. S. Digal, R. Ray, and A. M. Srivastava, Phys. Rev. Lett. 83, 5030 (1999).
  19. H. Mukai, P. R. G. Fernandes, B. F. de Oliveira, and G. S. Dias, Phys. Rev. E 75, 061704 (2007).
  20. J.-P. Eckmann, G. Goren, and I. Procaccia, Phys. Rev. A 44, R805 (1991).
  21. E. Bodenschatz, W. Pesch, and L. Kramer, Physica D 32, 135 (1988).
  22. S. Kai, N. Chizumi, and M. Kohno, Phys. Rev. A. 40, 6554 (1989).
  23. G. Goren, I. Procaccia, and V. Steinberg, Phys. Rev. Lett. 63, 1237 (1989).
  24. S. Rasenat, V. Steinberg, and I. Rehberg, Phys. Rev. A 42, 5998 (1990).
  25. E. Bodenschatz, W. Pesch, and L. Kramer, J. Stat. Phys. 64, 1007 (1991).
  26. A. Joets and R. Ribotta, J. Stat. Phys. 64, 981 (1991).
  27. Е. С. Пикина, А. Р. Муратов, Е. И. Кац, В. В. Лебедев, ЖЭТФ 164, 129 (2023).
  28. О. М. Браун, Ю. С. Кившарь, Модель Френкеля-Конторовой: Концепции, Методы, Приложения, Физматлит, М. (2006).
  29. M. Lowe and J. P. Gollub, Phys. Rev. A 31, 3893 (1985).
  30. L. Lam and J. Prost (editors), Solitons in Liquid Crystals, Springer, N.Y. (1992).
  31. B.-X. Li, V. Borshch, R.-L. Xiao, S. Paladugu, T. Turiv, S. V. Shiyanovskii, and O. D. Lavrentovich, Nat. Commun. 9, 2912 (2018).
  32. О. А. Скалдин, В. А. Делев, Е. С. Шиховцева, Э. С. Батыршин, Ю. А. Лебедев, Письма в ЖЭТФ 93, 431 (2011).
  33. О. А. Скалдин, В. А. Делев, Е. С. Шиховцева, Ю. А. Лебедев, Э. С. Батыршин, ЖЭТФ 148, 1232 (2015).
  34. В. А. Делев, В. Н. Назаров, О. А. Скалдин, Э. С. Батыршин, Е. Г. Екомасов, Письма В ЖЭТФ 110, 607 (2019).
  35. S. Aya and F. Araoka, Nat. Commun. 11, 3248 (2020).
  36. Y. Shen and I. Dierking, Commun. Phys. 3, 14 (2020).
  37. Yu. Shen and I. Dierking, Crystals 12, 1 (2022).
  38. В. А. Делев, Письма В ЖЭТФ 113, 26 (2021).
  39. В. А. Делев, А. П. Крехов, ЖЭТФ 152, 1414 (2017).
  40. A. Hertrich, A. P. Krekhov, and O. A. Scaldin J. Phys. II France 4, 239 (1994).
  41. V. A. Delev, P. Toth, and A. P. Krekhov, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 351, 179 (2000).
  42. F. H. Busse and E. W. Bolton, J. Fluid. Mech. 146, 115 (1984).
  43. А. Б. Волынцев, А. В. Ратт, Вестн. Перм. универ. Физика 1, 3 (2005).
  44. А. А. Гриб, С. Г. Мамаев, В. М. Мостепаненко, Квано-вые эффекты в интенсивных внешних полях, Атом-издат, М. (1980).
  45. J. Schwinger, Phys. Rev. 82, 664 (1951).
  46. A. I. Berdyugin, N. Xin, H. Gao et al. (Collaboration), Science 375, 430 (2022).
  47. J. A. Gonzalez, A. Bellorin, and L. E.Guerrero, Phys. Rev. E 65, 065601 (2002).
  48. J. A. Gonzalez, A. Bellorin, L. E.Guerrero, Chaos. Solitons & Fractals 33, 143 (2007).
  49. Yu. S. Kivshar and B. A. Malomed, Rev. Mod. Phys. 61, 763 (1989).
  50. P. Bak and A. Brazovsky, Phys. Rev. B 17, 3154 (1978).
  51. D. P. Zipes and J. Jalife, Cardiac electrophysiology: from cell to bedside, W. B. Saunder, N.Y. (2000).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024