[论文解读] 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 4

一句话总结

本研究调查了铁电向列相液晶液滴和液桥在电场作用下的界面不稳定性，发现在临界电压以上出现指状或分叉不稳定性。该不稳定性类似于瑞利型和圆形液滴型不稳定性，其中向列相指向矢与铁电极化沿指状尖端排列，表明两者呈平行排列，且临界电压表现出与频率相关的特性，不同几何构型下表现各异。

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.

研究动机与目标

• 研究外加电场下铁电向列相液晶液滴和液桥的界面不稳定性。
• 确定不稳定性起始的临界电压及其与频率和几何构型的依赖关系。
• 分析向列相指向矢与铁电极化相对于新生指状结构的取向行为。
• 在已知现象（如瑞利型和圆形液滴型不稳定性）的背景下解释所观测到的不稳定性。

提出的方法

• 在铁电向列相液晶的铺展液滴和液桥上施加外部电场，开展实验研究。
• 在不同频率和几何构型下测量界面不稳定的临界电压。
• 利用偏光显微镜观察指状结构尖端处向列相指向矢与铁电极化的取向。
• 将实验结果与带电或磁化系统中瑞利型和圆形液滴型不稳定的理论模型进行对比。
• 系统分析不稳定性临界电压的频率依赖性，以识别其标度行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 铁电向列相液晶液滴和液桥在电场作用下发生界面不稳定的临界电压是多少？
• RQ2 临界电压如何随外加电场的频率和系统几何构型变化？
• RQ3 在不稳定性过程中形成的指状凸起处，向列相指向矢与铁电极化如何取向？
• RQ4 所观测到的不稳定性在多大程度上类似于其他系统中的瑞利型或圆形液滴型不稳定性？

主要发现

• 在临界电场阈值以上，液晶-空气界面表现出指状或分叉不稳定性，类似于带电液滴中的瑞利型不稳定性。
• 不稳定的临界电压表现出频率依赖性，随外加交流频率和系统几何构型而变化。
• 向列相指向矢与铁电极化沿指状结构的尖端排列，表明极化方向基本与指向矢平行。
• 所观测到的不稳定性被解释为瑞利型与圆形液滴型不稳定的混合形式，由电场存在下的界面力驱动。