Moiré效应实现向列相液晶中拓扑缺陷结构的多样化设计
2024-02-26

Moiré effect enables versatile design of topological defects in nematic liquid crystals
发表期刊
Nature Communications
期刊号/卷
Nature Communications
期刊链接
http://doi.org/10.1038/s41467-024-45529-z
香港科大张锐教授课题组与中科大彭晨晖教授团队联合召开研究,旨在将Moiré效应拓展到控制软物质材料的微观结构。团队以液晶系统为例,展示如何利用Moiré效应操纵拓扑缺陷的结构;这种方法被称为“液晶Moiré图案”。研究团队结合液晶理论、自由能模拟和实验研究了表面上不同周期锚定图案产生的Moiré效应,发现该效应可诱导生成多样化的、周期可调的缺陷结构,包括直线、螺旋状曲线、缺陷网络和环等形态。顺利获得共焦显微镜实验,实验团队在液晶盒中成功观察到了这些新型结构的三维特征。这些拓扑结构的形状和表面锚定图案显著不同;这些结构的形态、方向和周期可以顺利获得改变旋转角度和液晶盒的厚度来调节,并展现出各种低频和高频的几何Moiré模式,其光学图像区别于传统的Moiré图像。
图1:一维的向列相Moiré图案中的拓扑结构和三维网络胶体组装。
液晶Moiré图案不仅可以形成多样化的周期性缺陷结构,还可以引导胶体颗粒的自组装和成核。如图1所示,研究团队观察到胶体颗粒沿着缺陷线排列,并在缺陷网络中实现了三维自组装。实验团队还发现,当液晶Moiré图案中的缺陷环收缩时,这些胶体颗粒可以顺利获得堵塞阻止自湮灭。此外,如图2所示,设计精美的液晶Moiré图案还可以生成像素化的形状,为新型图案设计、文件加密和防伪给予了新的可能。
