液晶界面とトポロジカル欠陥ソフトマター工学研究室佐々木裕司液晶 (Liquid Crystals)  液体と固体(結晶)の中間状態(相)の一つ. その性質を示す物質を指すことも多い.  空間的に完全な規則性がなく、異方性をもっている. http://www.merck-performancematerials.com/en/display/lc_materials/ lc_materials.html 典型的な相系列(棒状分子の場合) 結晶相低温側スメクチック相 (階層構造) ネマチック相液体相高温側ネマチック相配向ベクトル (ダイレクター) 概略的にアンカリング水平配向セル垂直配向セル基板での境界条件がバルクまで持続ラビング処理(厳密には水平配向) 界面活性剤による基板装飾弾性エネルギー 𝐾11 𝑓= (𝛻 2 ∙ 𝐾22 2 𝒏) + 2 𝒏 ∙ (𝛻 × 𝒏) 𝐾11 = 𝐾22 = 𝐾33 = 𝐾 𝑛𝑥 = cos 𝜃 , 𝑛𝑦 =sin𝜃 𝑛𝑧 =0 1 𝑓= 𝐾 2 𝜃= 𝛻𝜃 2 −1 𝑦 𝑚 tan 𝑥 +𝐶 2 +𝐾33 (𝒏 2 × 𝛻 × 𝒏)2 トポロジカル欠陥 𝑚 = +1, 𝐶 = 0 𝑚 = +1/2, 𝐶 = 0 𝑚 = −1, 𝐶 = 0 𝑚 = −1/2, 𝐶 = 0 実験方法屈折率異方性 ∆𝑛 = 𝑛∥ − 𝑛⊥ カメラ検光子 Analyzer 試料セル鋭敏色板偏光子 Polarizer 水平配向での色の見え方 P A A ∆𝑛 = 𝑛∥ − 𝑛⊥ P (本)FUNDAMENTALS OF LIGHT MICROSCOPY AND ELECTRONIC IMAGING Douglas B. Murphy, Michael W. Davidson http://microscopelabo.jp/learn/009/ 欠陥の様子 𝑚 = +1, 𝐶 = 0 𝑚 = −1, 𝐶 = 0 𝑚 = +1/2, 𝐶 = 0 𝑚 = −1/2, 𝐶 = 0 簡単な実験しばらく待つと実際に目で確認できる (本)The Physics of Liquid Crystals P. G. De Gennes, J. Prost その他のテクスチャー例電場の効果(フレデリクス転移) 誘電異方性 ∆𝜖 = 𝜀∥ − 𝜀⊥ 1 𝑓𝑒 = − 𝜀0 ∆𝜖 𝒏 ∙ 𝑬 2 𝑑 𝐹= 0 𝑓 + 𝑓𝑒 𝑑𝑧 𝑛𝑥 = cos 𝜃 𝑛𝑦 = 0 𝑛𝑧 = 𝑠𝑖𝑛 𝜃 2 𝜋 𝐾 𝐸𝑐 = 𝑑 𝜀0 ∆𝜀 𝑓は先ほどの変形による弾性エネルギー液晶中でのコロイド粒子 P. Poulin et al., Science (1997) 275,1770 粒子周りの欠陥粒子の表面で垂直配向水平配向セル実際の写真 2R=2.47μm 弾性的な相互作用とコロイド鎖 2R=2.47μm (写真の粒子) コロイド鎖形成の様子当日は動画線欠陥水平配向処理交流電気泳動 𝑬 = 𝑬𝟎 𝒄𝒐𝒔(𝟐𝝅𝒇) 𝒗 ∝ 𝑬𝟐 E ヤヌス粒子で液晶中のコロイドで S. Gangwal et al., Phys. Rev. Lett., 2008, 100, 058302 O. D. Lavrentovich et al., Nature, 2010, 467, 947 O. D. Lavrentovich, Soft Matter, 2014, 10, 1264 液晶電気対流 ∆𝝐 = 𝜺∥ − 𝜺⊥ < 𝟎 のとき R. Williams, J. Chem. Phys. (1963) 39, 384 S. Rasenat, et al., Exp. Fluids (1989) 7, 412 Williams domains と呼ばれる縞模様粒子の運動について単一粒子の場合当日は動画鎖状の粒子の芋虫運動当日は動画他の液晶の場合当日は動画コロイド鎖をつかった貨物輸送ガラスロッド油滴(シリコンオイル) 当日は動画共焦点顕微鏡によるxz断面での動き単一粒子の場合当日は動画コロイド鎖の場合当日は動画 𝒉~𝟏𝟎𝛍𝐦