نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه قم، قم
چکیده
این مطالعه، برهمکنش یک ذرۀ میله‌ای بلند با دیواره‌ای موجی را به صورت دوبعدی در محیط بلور مایع نماتیک بررسی می‌کند. ذره در سلولی بین دو دیوارۀ صاف و موجی محصور شده است که قلاب‌شدگی‌های عمودی دارند. برهمکنش ذره با دیوارۀ موجی از کمینه‌سازی عددی انرژی لاندائو-دوژن و انرژی سطحی با استفاده از روش اجزای محدود تعیین می‌شود. ما فهمیده‌ایم که در محدودۀ هر فرورفتگی و برآمدگی متوالی از دیوارۀ موجی، ذره می‌تواند تحت تأثیر برهمکنش‌های جاذب و دافع در مسیرهای مشخصی سوق داده شود که توسط گرادیان انرژی ذره-دیواره تعیین می‌شود. بازآرایش سمتگیری میدان نماتیک در اطراف ذره و انحراف آن از پیکربندی چهارقطبی منجر به برهمکنش‌های ناهمسانگرد ذره-دیواره در فواصل نزدیک می‌شود. برای بررسی تأثیر بزرگی فرورفتگی‌ها و برآمدگی‌ها بر برهمکنش‌ها، به طور مجزا دیوارۀ موجی را در دو دامنۀ متفاوت بررسی کرده‌ایم. محاسبات ما نشان می دهد که افزایش دامنه می‌تواند محدودۀ برهمکنش‌ها را تقویت و گسترش دهد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Interaction of a long colloidal particle with a wavy wall in the nematic liquid crystal investigating the effect of wave wall amplitude
نویسندگان [English]
- Fateme Hoseinirad
- Mohamadreza Mozafari
Physics Group, University of Qom, Qom, Iran
چکیده [English]
This study explores the interaction of a colloidal particle with a wavy wall in a two-dimensional nematic liquid crystal. The particle is confined in a cell between two flat and wavy walls, all with homeotropic anchoring. The particle's interaction with the wall is determined by numerically minimizing the bulk Landau–de Gennes and surface energy using a finite element method. We discovered that within a range of each successive well and hill of a wavy wall, the particle can experience attractive and repulsive interactions, leading it to move along routes determined by energy gradients. The reorientation of the nematic field around the particle from the quadrupole configuration results in anisotropic particle-wall interactions near the wall. We considered the wavy wall with two different amplitudes to explore the impact of the magnitude of wells and hills on interactions. Our calculations demonstrate that increasing the amplitude can strengthen and expand the range of interactions.
کلیدواژه‌ها [English]
- nematic liquid crystal
- wavy wall
- Landau-de Gennes energy
- surface energy
- defect
- Y Luo, et al., Soft Matter 12 (2016) 6027.
- Y Luo, et al., Commun. 9 (2018) 3841.
- P G de Gennes and J Prost, “The physics of liquid crystal”. Oxford University Press (1995).
- P. Lapointe, et al., Science 326 (2009) 1083.
- S Park, et al., Rev. Lett. 117 (2016) 277801.
- A Fernandez-Nieves, et al., Rev. Lett. 99 (2007) 157801.
- T Lopez-Leon, et al., Nat. Phys. 7 (2011) 391.
- Yade, et al., Phys. Rev. Lett. 92 (2004) 185501.
- I I Smalyukh, et al., Rev. Lett. 95 (2005) 157801.
- I Musevic, et al., Science 313 (2006) 954.
- J Dontabhaktuni, et al., Natl. Acad. Sci. 111 (2014) 2464.
- M Skarabot, et al., Rev. E 73 (2006) 021705.
- M Skarabot, et al., Rev. E 77 (2008) 031705.
- U Ognysta, et al., Rev. Lett. 100 (2008) 217803.
- B Senyuk, et al., Nat. Commun. 7 (2016) 10659.
- N M Silvestre, et al., Rev. E 95 (2017) 021606.
- K Wamsler, et al., Soft Matter 20 (2024) 3054.
- M Nobili and G Durand, Rev. A 46 (1992) R6174.
- S Kralj, et al., Rev. A 43 (1991) 2943.
- M R Mozaffari, et al., Soft Matter 7 (2011) 1107.
- F Ghavidel and M R Mozaffari, Iran. J. Phys. Res. 23 (2023) 281.
- C Geuzaine and J F Remacle, J. Numer. Methods Eng. 79 (2009) 1309.
- G R Cowper, J. Numer. Methods Eng. 7 (1973) 405.
- W H Press, et al., “Numerical Recipes”, Cambridge University Press, second ed. (1992).
)