[論文レビュー] Electric field-induced interfacial instability in a ferroelectric nematic liquid crystal

Marcell Tibor Máthé, Bendegúz Farkas+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 25, 2022

Liquid Crystal Research Advancements被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、フェロエレクトリックネマチック液晶ドロップレットおよびフラUIDブリッジにおける電場誘発界面不安定性を調査し、閾値電圧を超えると指状または分岐不安定性が発生することを明らかにした。この不安定性はレイリー型および円形ドロップ型不安定性に類似しており、ネマチック配向子およびフェロエレクトリック分極が指先に沿って整列しており、平行配向を示している。また、閾値電圧は幾何学的形状に依存して周波数依存性を示す。

ABSTRACT

Studies of sessile droplets and fluid bridges of a ferroelectric nematic liquid crystal in externally applied electric fields are presented. It is found that above a threshold, the interface of the fluid with air undergoes a fingering instability or ramification, resembling to Rayleigh-type instability observed in charged droplets in electric fields or circular drop-type instabilities observed in ferromagnetic liquids in magnetic field. The frequency dependence of the threshold voltage was determined in various geometries. The nematic director and ferroelectric polarization direction was found to point along the tip of the fingers that appear to repel each other, indicating that the ferroelectric polarization is essentially parallel to the director. The results are interpreted in connection to the Rayleigh and circular drop-type instabilities.

研究の動機と目的

• 外部電場下におけるフェロエレクトリックネマチック液晶ドロップレットおよびフラUIDブリッジの界面不安定性を調査すること。
• 不安定性発生の閾値電圧とその周波数および幾何学的形状への依存関係を特定すること。
• 発生する指状構造に対してネマチック配向子およびフェロエレクトリック分極がどのように整列しているかを分析すること。
• レイリー型および円形ドロップ型不安定性といった既知の現象の文脈において、観察された不安定性を解釈すること。

提案手法

• 外部電場を印加したフェロエレクトリックネマチック液晶のセシルドロップレットおよびフラUIDブリッジを用いた実験を実施した。
• さまざまな周波数および幾何学的配置において、界面不安定性の閾値電圧を測定した。
• 指先におけるネマチック配向子およびフェロエレクトリック分極の向きを観察するために偏光顕微鏡を用いた。
• 帯電または磁化された系におけるレイリー型および円形ドロップ型不安定性の理論モデルと結果を比較した。
• 不安定性閾値の周波数依存性を体系的に分析し、スケーリング則を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フェロエレクトリックネマチック液晶ドロップレットおよびフラUIDブリッジにおける電場誘発界面不安定性の閾値電圧は何か？
• RQ2 この閾値電圧は、印加電場の周波数および系の幾何学的形状にどのように依存するか？
• RQ3 不安定性に伴い発生する指状突出部に対して、ネマチック配向子およびフェロエレクトリック分極はどのように整列しているか？
• RQ4 観察された不安定性は、他の系におけるレイリー型または円形ドロップ型不安定性とどの程度類似しているか？

主な発見

• 臨界電場閾値を超えると、液体結晶-空気界面に指状または分岐不安定性が現れ、帯電ドロップレットにおけるレイリー型不安定性に類似する。
• 不安定性の閾値電圧は周波数依存性を示し、印加交流周波数および系の幾何学的形状に依存する。
• ネマチック配向子およびフェロエレクトリック分極は、指の先端に沿って整列しており、分極が配向子と基本的に平行であることが示唆される。
• 観察された不安定性は、電場存在下での界面力によって駆動される、レイリー型および円形ドロップ型不安定性のハイブリッドと解釈される。