[論文レビュー] Lyotropic Active Nematics

Matthew L. Blow, Sumesh P. Thampi+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 28, 2014

Micro and Nano Robotics被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、2次元の動的シミュレーションを用いて、等方相と共存するアクティブなネマチック流体を調査する。活性は界面のうねりを引き起こし、正の欠陥をネマチック相へ放出し、相分離領域をアクティブな攪拌によって引き伸ばして破断させ、結果として異方的で欠陥を多く含む構造を持つ定常状態を形成する。

ABSTRACT

We perform dynamical simulations of a two-dimensional active nematic fluid in coexistence with an isotropic fluid. Drops of active nematic become elongated, and an effective anchoring develops at the nematic-isotropic interface. The activity also causes an undulatory instability of the interface. This results in defects of positive topological charge being ejected into the nematic, leaving the interface with a diffuse negative charge. Quenching the active lyotropic fluid results in a steady state in which phase-separating domains are elongated and then torn apart by active stirring.

研究の動機と目的

• 2次元系における等方相と共存するアクティブネマチック相のダイナミクスを理解すること。
• 活性がリトロトロピックアクティブネマチック系における界面特性をどのように変化させ、不安定性を引き起こすかを調査すること。
• 相分離ドメインの形状に与えるトポロジカル欠陥の出現と役割を明らかにすること。
• アクティブリトロトロピック流体を急冷した後に形成される定常状態の構造を特定すること。

提案手法

• アクティブネマチック流体と等方流体を結合した2次元の動的シミュレーション。
• 活性に起因するネマチック-等方界面における有効なアライメント条件のモデル化。
• アクティブな応力によって駆動される界面のうねり不安定性のシミュレーション。
• トポロジカル電荷解析を用いたトポロジカル欠陥の追跡。
• 相分離ドメインの定常状態に到達するための急冷プロトコル。
• ドメイン形状、欠陥分布、界面ダイナミクスの分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 リトロトロピックアクティブ流体におけるアクティブ性は、ネマチック-等方界面の形状と安定性にどのように影響するか？
• RQ2 アクティブネマチックドロップの界面ダイナミクスにおいて、トポロジカル欠陥が果たす役割は何か？
• RQ3 アクティブな攪拌は、相分離ドメインの進化と破断にどのように影響するか？
• RQ4 急冷されたアクティブリトロトロピックネマチック系における相分離ドメインの定常状態構造は、何によって決定されるか？
• RQ5 なぜ正のトポロジカル電荷がネマチック相へ優先的に放出されるのか？

主な発見

• アクティブネマチックドロップは、自己生成されたアクティブな応力により引き伸ばされる。
• 活性に起因して、ネマチック-等方界面に有効なアライメント条件が形成される。
• 界面はうねりモードに対して不安定になり、界面の変形が生じる。
• 正のトポロジカル欠陥がネマチック相へ放出され、界面は純粋に負のトポロジカル電荷を残す。
• 急冷により、引き伸ばされ破断した相分離ドメインを持つ定常状態に到達する。
• アクティブな攪拌がドメインの破壊を駆動し、持続的で異方的な形態が形成される。