Dynamics and Interactions of Colloidal Particles on Freely Suspended Smectic Films

• Applicant: Professor Dr. Ralf Stannarius
• Subject Area: Statistical Physics, Nonlinear Dynamics, Complex Systems, Soft and Fluid Matter, Biological Physics ; Experimental Condensed Matter Physics
• Term: from 2011 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 191437318

• Final Report Year: 2018

Final Report Abstract

In der vorangegangenen Förderperiode dieses Projektes wurden Experimente zur Dynamik von freistehenden smektischen Filmen und von Objekten auf solchen Filmen durchgeführt und ausgewertet. Beobachtungsmethoden waren vor allem Polarisationsmikroskopie und Hochgeschwindigkeitskamera-Aufnahmen. Einige der Experimente im vorliegenden Projekt fanden unter Mikrogravitation auf Parabelflügen statt. Im Berichtszeitraum wurden experimentelle Untersuchungen zur Dynamik von Inklusionen auf freitragenden smektischen Filmen, zur Wechselwirkung dieser Inklusionen mit Direktorfeldern, zur Dynamik von Defekten, zur Formdynamik freischwebender smektischer Filme sowie zu Schichtumlagerungsprozessen durchgeführt sowie entsprechende Modelle zur Beschreibung entwickelt. Damit direkt verbunden war die Entwicklung eines Modells zur Dynamik des Reißens smektischer Filamente. Außerdem wurden die in der vorangegangenen Förderperiode begonnenen Untersuchungen zur Strukturaufklärung spontan entstehender periodischer Streifentexturen in Menisken smektischer Filme fortgesetzt. Ein weiteres Experiment befasste sich mit mechanisch induzierten Phasenumwandlungen, die mit schnellen dynamischen Prozessen in diesen Filmen verbunden sind. Das Forschungsvorhaben stand in direktem Bezug zu einem auf der Internationalen Raumstation ISS gemeinsam mit der Gruppe von Noel Clark (University of Colorado at Boulder), durchgeführten Projekt (OASIS), bei dem flüssige Tropfen und Inseln auf sphärisch gekrümmten smektischen Filmen (smektischen Blasen) in Mikrogravitation untersucht wurden. Einige der vorgesehenen Arbeiten, wie zum Beispiel die Untersuchung der Faltenbildung in freischwebenden Filmen, sind noch nicht abgeschlossen, dafür wurden andere, ursprünglich nicht absehbare Resultate erzielt, die einen bedeutenden Erkenntnisfortschritt auf dem Gebiet darstellen. Das wichtigste davon ist der Beitrag zur Dynamik topologischer Defekte auf freistehenden smektischen Filmen.

Publications

• Defect interactions in anisotropic twodimensional fluids. Phys. Rev. Lett., 117 157801 (2016)
  Stannarius, R. & Harth, K.
  
• Episodes of the Life and Death of Thin Fluid Membranes. Dissertation, Magdeburg (2016)
  Kirsten Harth
  
• Inclusions in freely suspended smectic films, in Liquid Crystals with Nano and Microparticles, vol. 1, World Scientific, Singapur (2017)
  Stannarius, Ralf & Harth, Kirsten
  
• Rupture and recoil of bent-core liquid crystal filaments, Soft Matter, 12, 4725 (2016)
  Salili, S. M.; Ostapenko, T.; Kress, O.; Bailey, C.; Weissflog, W.; Harth, K.; Eremin, A.; Stannarius, R. & Jákli, A.
  
• Brownian dynamics of elongated particles in a quasi-two-dimensional isotropic liquid. Phys. Rev. Fluids, 2 124202 (2017)
  Klopp, Christoph; Stannarius, Ralf & Eremin, Alexey
  
• Droplet Impact and Thin Film Dynamics of Inclusions in Freely Suspended Smectic Films. Dissertation, Magdeburg (2017)
  Sarah Dölle
  
• Smectic C to smectic A transition induced mechanically by rupture of freely suspended liquid crystal films. Soft Matter, 13 3199 (2017)
  Trittel, Torsten; Harth, Kirsten & Stannarius, Ralf
  
• Surface reduction of freely floating smectic bubbles, Liquid Crystals
  Dähmlow, Patricia; Trittel, Torsten; May, Kathrin; Harth, Kirsten & Stannarius, Ralf
  
• Stripe instabilities in menisci of free-standing smectic films with a direct transition from smectic C to an isotropic or nematic phase, Liquid Crystals, 44 1201 (2017)
  Loudet, J.-C.; Selmi, M.; Dolganov, P. V.; Othman, T. & Cluzeau, P.