نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه قم، قم
چکیده
در این پژوهش، برهمکنش دو ذرۀ میله‌ای همسان، خیلی بلند و موازی با قلاب شدگی‌های مماسی و عمودی را به صورت دو بعدی در بلور مایع نماتیک بررسی کرده‌ایم. محور موازی میله‌ها بر راستای میدان نماتیک در فواصل دور عمودند. قلاب‌شدگی‌های مماسی و عمودی میدان نماتیک بر روی سطح ذرات، در صفحات عمود بر محور میله‌ها قرار دارند که منجر به رفتار دو بعدی سمتگیری میدان نماتیک در اطراف ذرات می شود. برای این منظور، مطالعۀ برهمکنش دو ذرۀ میله‌ای در سه بعد را به مطالعۀ مقاطع دایره‌ای این ذرات در دو بعد محدود کرده‌ایم. میدان تعادلی نماتیک در اطراف مقاطع دایره‌ای از کمینه سازی عددی انرژی آزاد لاندائو-دوژن و انرژی سطحی قلاب‌شدگی‌ها به دست می‌آید. ذره و نقص‌های ایجاد شده سبب برهمکنش‌های کوتاه-برد و بلند-برد بین ذرات می‌شود. در فواصل دور، برهمکنش بین ذرات در مقایسه با الکترواستاتیک رفتار چهارقطبی نشان می‌دهد و در فواصل نزدیک، انرژی برهمکنش بین ذرات نسبت به راستای میدان نماتیک رفتار متقارنی حول پیکربندی فضایی 45 درجه دارد که شامل دو پیکربندی تعادلی در صفر و 90 درجه است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Two-dimensional study of long rod particles in a nematic liquid crystal with tangential and perpendicular anchorings
نویسندگان [English]
- Fatemeh Ghavidel
- Mohammad Reza Mozaffari
Physics Group, University of Qom, Qom, Iran
چکیده [English]
In this research, we have investigated the interaction of two identical, very long, and parallel rod particles with planar and homeotropic anchorings in a two-dimensional nematic liquid crystal. The parallel axis of the rods is perpendicular to the nematic field at far distances. The planar and homeotropic anchorings on the surface of particles are perpendicular to the axis of the rods. This nematic field behavior leads to the two-dimensional director around the particles. To this end, we have approximated the study of the interaction of two identical rods in three dimensions to the study of the circular sections of these particles in two-dimensions. The nematic equilibrium field around the circular sections is obtained from the numerical minimization of the Landaude Genns free energy and the surface energy anchorings. The created particles and defects cause short-range and long-range interactions between particles. At far distances, the interaction between particles shows a quadrupole behavior compared to electrostatics. The interaction energy between particles at close contact has a symmetrical behavior around the spatial configuration of 45 degrees, which includes two equilibrium arrangements of the equilibrium configuration at zero and 90 degrees.
کلیدواژه‌ها [English]
- long rod particles
- nematic liquid crystal
- two-dimensional calculations
- tangential
- and perpendicular anchorings
- Landau-de Gennes energy
- B Senyuk, Q Liu, S He, R D Kamien, R B Kusner, T C Lubensky, and I I Smalyukh, Nature 493 (2013) 7431.
- B Senyuk, O Puls, O M Tovkach, S B Chernyshuk, and I I Smalyukh, Comm. 7 (2016) 10659.
- B Senyuk, J Aplinc, M Ravnik, and I I Smalyukh, Comm. 11 (2019) 1825.
- B Senyuk, A Mozaffari, K Crust, R Zhang, J J de Pablo, and I I Smalyukh, Science Advances 7 (2021) 377.
- W Russel, D Saville, and W Schowalter, “Colloidal Dispersions”. Cambridge University Press, (1989).
- P Poulin, H Stark, T C Lubensky, and D A Weitz, Science 275 (1997) 1770.
- I Musevic, M Skarabot, U Tkalec, M Ravnik, and S Zumer, Science, 313 (2006) 954.
- M Yada, J Yamamoto, and H Yokoyama, Rev. Lett. 92 (2004) 185501.
- I I Smalyukh, O D Lavrentovich, A N Kuzmin, A V Kachynski, and P N Prasad, Rev. Lett. 95 (2005) 157801.
- S Chandrasekhar, “Liquid Crystals”. New York: Cambridge University Press, second ed., (1992).
- P Poulin and D A Weitz, Rev. E 57 (1998) 626.
- T C Lubensky, D Pettey, N Currier, and H Stark, Rev. E 57 (1998) 610.
- U Ognysta, A Nych, V Nazarenko, M Skarabot, and I Musevic, Langmuir 25 (2009) 12092.
- U M Ognysta, A B Nych, V A Uzunova, V M Pergamenschik, V G Nazarenko, M Škarabot, and I Musevic, Rev. E 83 (2011) 041709.
- Z Eskandari, N M Silvestre, M Tasinkevych, and M M Telo da Gama, Soft Matter 8 (2012) 10100.
- M Tasinkevych and D Andrienko, Phys. J. E 21 (2006) 10065.
- P G de Gennes and J Prost, “The physics of liquid crystal”. Oxford university press, (1995).
- M Nobili and G Durand, Rev. A 46 (1992) R6174.
- S Kralj, S Zumer, and D W Allender, Rev. A 43 (1991) 2943.
- H Stark, Physics Reports 351 (2001) 387.
- J Fukuda, H Stark, M Yoneya, and H Yokoyama, Rev. E 69 (2004) 041706.
- S R Seyednejad, M R Mozaffari, T Araki, and E Nedaaee Oskoee, Rev. E 98 (2018) 032701.
- M R Mozaffari, M Babadi, J Fukuda, and M R Ejtehadi, Soft Matter 7 (2011) 1107.
- C Geuzaine and J F Remacle, International Journal for Numerical Methods in Engineering 79 (2009) 1309.
- G R Cowper, International Journal for Numerical Methods in Engineering 7 (1973) 405.
- W H Press, S A Teukolsky, W T Vetterling, and B P Flannery, “Numerical Recipes”, Cambridge University Press, second ed., (1992).
- M Tasinkevych, N M Silvestre, P Patricio, and M M Telo da Gama, Phys. J. E 9 (2002) 341.
)