[论文解读] Lyotropic Active Nematics

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

Micro and Nano Robotics被引用 5

一句话总结

本研究通过二维动力学模拟，探究了活性向列流体与各向同性相共存时的特性。活性导致界面发生波动，将正缺陷排入向列相，并引发由活性搅拌引起的相分离畴的拉长与撕裂，最终形成各向异性的、缺陷丰富的稳定态结构。

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.

研究动机与目标

• 理解二维系统中活性向列相与各向同性相共存的动力学行为。
• 研究活性如何改变液晶活性向列体系的界面特性并诱发不稳定性。
• 探索拓扑缺陷的出现及其在相分离畴形态演化中的作用。
• 确定淬火后形成的稳态结构特征。

提出的方法

• 活性向列流体与各向同性流体耦合的二维动力学模拟。
• 通过活性效应建模向列-各向同性界面处的有效锚定条件。
• 模拟由活性应力驱动的界面波动不稳定性。
• 通过拓扑荷分析追踪拓扑缺陷。
• 采用淬火协议以达到相分离畴的稳态。
• 分析畴形态、缺陷分布及界面动力学。

实验结果

研究问题

• RQ1 活性如何影响液晶活性流体中向列-各向同性界面的形态与稳定性？
• RQ2 拓扑缺陷在活性向列液滴界面动力学中扮演何种角色？
• RQ3 活性搅拌如何影响相分离畴的演化与碎裂过程？
• RQ4 淬火后，相分离畴的稳态结构由什么决定？
• RQ5 为何正拓扑荷被优先排入向列相？

主要发现

• 由于自生活性应力，活性向列液滴发生拉长。
• 活性导致向列-各向同性界面处形成有效锚定条件。
• 界面对波动模式变得不稳定，引发界面形变。
• 正拓扑缺陷被排入向列相，使界面净拓扑荷为负。
• 淬火导致形成拉长且撕裂的相分离畴稳态。
• 活性搅拌驱动畴的碎裂，形成持久的各向异性形态。