니매틱 액정에서의 사중극자 입자: 입자 크기와 형태의 영향

우리는 니매틱 액정이 구형 및 구형원통 형태로된 nm 크기와 μm 크기의 입자 주위에서 형성하는 사중극자(치아 방울처럼) 결함 구조에 대한 입자 크기와 형태의 영향을 조사합니다. 우리는 또한 니매틱의 텐서 순서 매개변수 Q에 대한 메조스케일 이론을 사용하여 계산한 시스템의 평균 힘의 결과를 보고합니다. 우리의 결과는 nm 크기의 입자 쌍이 근접했을 때, 니매틱이 나노입자의 형태와 관계없이 "엮인 쌍곡선" 결함 구조를 형성함을 나타냅니다. 나노입자를 사용한 계산에서는 μm 크기의 구형 입자 쌍에 대해 보고된 다른 엮인 또는 엮이지 않은 결함 구조는 관찰되지 않았습니다. 이러한 결과는 "엮인 쌍곡선" 결함 구조가 근접해 있는 나노입자 쌍에 대해 가장 안정적이라는 것을 시사합니다. μm 크기 입자 쌍에 대한 우리의 결과는 니매틱이 구형과 구형원통 쌍 주위에 엮인 "여덟 모양" 결함 구조를 형성함을 나타냅니다. 우리의 결과는 입자 지름이 D=100 nm에서 1 μm 사이일 때 "엮인 쌍곡선"과 여덟 모양 결함 구조 간의 전이가 발생한다는 것을 제안합니다. 우리는 또한 니매틱에서 비슷한 방식의 두 구형원통 나노입자가 서로 접근할 때 발생하는 토크를 계산했습니다. 우리의 계산은 nm 크기 입자 간의 니매틱 매개 상호작용이 상당히 강해, 두 개의 구형원통 나노입자가 서로 평행하게 배열될 경우 최대 5700 kBT까지 이른다는 것을 시사합니다. 게다가, 이러한 상호작용은 입자가 특정 위치에서 서로 결합하도록 만들어, 서로 다른 형태의 질서를 갖춘 구조를 조립하는 데 사용될 수 있습니다.