Auto-assemblage et comportement de phase des tiges Janus : compétition entre l'anisotropie de forme et de potentiel

Nous caractérisons l'auto-assemblage et le comportement de phase des tiges Janus sur une large gamme de températures et de fractions volumétriques, en utilisant des simulations de dynamique de Langevin et des calculs de libre énergie. Les tiges Janus se composent d'une ligne de sphères fusionnées se chevauchant qui interagissent via un potentiel répulsif à cœur doux, avec l'ajout d'une queue pseudo-puits carrée attractive à une fraction des sphères (la couverture) variant de 5\% à 100\% des sites. La compétition entre la stabilité des phases de cristal liquide issue de l'anisotropie de forme et l'assemblage provoqué par des interactions directionnelles donne lieu à un polymorphisme riche qui dépend de la couverture. À faible densité près de la température de Boyle, nous observons la formation de micelles sphériques et tubulaires à faible couverture, tandis qu'à une couverture plus élevée, des monocouches orientées de manière aléatoire se forment lorsque les parties attractives des tiges se chevauchent. À des densités plus élevées, des structures en bicouche apparaissent et fusionnent pour former des phases lamellaires smectiques et cristallines. Toutes ces structures deviennent progressivement instables à mesure que la température augmente jusqu'à ce que finalement des phases nématiques et smectiques régulières apparaissent, conforme à la limite des tiges dures. Nos résultats indiquent que le régime intermédiaire où les effets entropiques de forme rivalisent avec les attractions anisotropiques fournies par la spécificité des sites est riche en possibilités structurelles, et devrait aider à guider la conception de colloïdes en forme de tige pour des applications spécifiques.