Flüssigkristalline Phasen mit Positionsordnung auf gekrümmten Mannigfaltigkeiten

• Antragsteller: Professor Dr. Hartmut Löwen; Professor Dr. Axel Voigt
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Mathematik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280671903

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Flüssigkristalline Systeme zeigen ein reichhaltiges Phasenverhalten im Gleichgewicht, welches mit Hilfe von Computersimulationen und statistischen Theorien im Volumen (d.h. im nichtgekrümmten Raum) mittlerweile immer besser verstanden ist. Flüssigkristalle können aber auch auf gekrümmten Rändern ausgesetzt oder auf Mannigfaltigkeiten eingeschränkt werden, wobei sich dann topologische Defekte ergeben. Während diese Defektstruktur in der orientierungsgeordneten nematischen Phase relativ gut verstanden ist, ist dies für Phasen mit Positionsordnung (smektische Phase, Kristall) nicht der Fall. In diesem Projekt wurden eine Kombination der klassische Dichtefunktionalmethode inhomogener Flüssigkeiten, der Phasenfeld-Kristalltheorie und teilchen-aufgelöste Computersimulationen verwendet, um die Defektstruktur und die Morphologie von positionsgeordneten Phasen mit gekrümmten Einschränkungen in zwei und drei Raumdimensio­ nen aufzuklären. Sowohl chirale als auch achirale Teilchenformen wurden betrachtet. Schliesslich wurden auch aktive Systeme mit dem Phasenfeldkristallmodell studiert, um die Defektdynamik in diesen Nichtgleichgewichtssystemen zu beschreiben.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Dynamical Crystallites of Active Chiral Particles. Physical Review Letters, 125(21).
  Huang, Zhi-Feng; Menzel, Andreas M. & Löwen, Hartmut
  
• Liquid crystals on deformable surfaces. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 476(2241).
  Nitschke, Ingo; Reuther, Sebastian & Voigt, Axel
  
• Properties of surface Landau–de GennesQ-tensor models. Soft Matter, 16(16), 4032-4042.
  Nestler, Michael; Nitschke, Ingo; Löwen, Hartmut & Voigt, Axel
  
• Particle-resolved topological defects of smectic colloidal liquid crystals in extreme confinement. Nature Communications, 12(1).
  Wittmann, René; Cortes, Louis B. G.; Löwen, Hartmut & Aarts, Dirk G. A. L.
  
• Topology of Orientational Defects in Confined Smectic Liquid Crystals. Physical Review Letters, 127(19).
  Monderkamp, Paul A.; Wittmann, René; Cortes, Louis B. G.; Aarts, Dirk G. A. L.; Smallenburg, Frank & Löwen, Hartmut
  
• Defect dynamics in active smectics induced by confining geometry and topology. Communications Physics, 5(1).
  Huang, Zhi-Feng; Löwen, Hartmut & Voigt, Axel
  
• Topological fine structure of smectic grain boundaries and tetratic disclination lines within three-dimensional smectic liquid crystals. Physical Chemistry Chemical Physics, 24(26), 15691-15704.
  Monderkamp, Paul A.; Wittmann, René; te Vrugt, Michael; Voigt, Axel; Wittkowski, Raphael & Löwen, Hartmut
  
• Network topology of interlocked chiral particles. The Journal of Chemical Physics, 158(16).
  Monderkamp, Paul A.; Windisch, Rika S.; Wittmann, René & Löwen, Hartmut
  
• Active smectics on a sphere. Journal of Physics: Condensed Matter, 36(18), 185001.
  Nestler, Michael; Praetorius, Simon; Huang, Zhi-Feng; Löwen, Hartmut & Voigt, Axel