柱状限定下向列相液晶手性结构的Landau-de Gennes理论研究

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受限体系中曲面边界作用可直接影响稳定态的指向矢构型,弹性各向异性可使系统中出现各种多变的现象,向列相液晶中的弹性能特性对液晶显示应用至关重要。本文基于Landau-de Gennes理论,利用松弛迭代方法,探究圆柱几何中表面弹性K24(L24)项以及曲率对系统中手性结构的影响。模拟结果得出弹性各向异性可诱导系统中手性结构转变,在相反手性域之间存在缺陷构型,设定不同初始指向矢排列方式发现几种新的结构态。选取无限长圆柱模型,设定初始指向矢沿轴向排列,在单一常数近似下,弹性各向异性足够强(K24足够大)时,系统内产生自发性扭曲出现双扭曲结构。从圆柱中心轴到边界处扭曲角逐渐增大;随着半径减小(曲率增大),扭曲角增大。圆柱中相反手性域之间形成畴壁(domain wall)和点缺陷(point defects)两种精细结构。设定初始指向矢沿径向排列,弹性各向异性诱导系统产生两种新态:有序重构态和涡旋态。随半径增大,双扭曲态和有序重构态发生能量转变的临界K24c/K(L24c/L1)值不断增大。不同半径范围内,弹性各向异性和曲率相互作用共同对系统内结构产生不同结果。初始指向矢分别以径向和径向α角线性排列时,在小半径尺寸范围内(R≤3000ξ0),系统内平衡态都为有序重构态;在大半径尺度范围内(R>3000ξ0),系统内平衡态分别为径向态和涡旋态。通过对不同半径尺度范围出现的各种结构进行能量对比,分析系统中几种结构的稳定性。弹性各向异性与曲率作用会使圆柱中诱导出丰富的结构转变,表面弹性K24项作用于曲面边界,结合边界作用可引起圆柱内部结构变化,系统内结构态的稳定性也随之发生改变。
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