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可变形表面上的液晶。 (英语) Zbl 1472.82040号

摘要:分子约束在曲面切线束上的液晶显示出有趣的现象,这是由于液晶的弹性和体积自由能与表面的几何特性紧密耦合而产生的。我们导出了热力学一致的Landau-de-Gennes-Helfrich模型,该模型考虑了张量场和表面的同时弛豫。对由此产生的张量值曲面偏微分方程和几何演化规律系统进行了数值求解,以处理该系统的丰富动力学,并计算由此产生的平衡形状。结果强烈依赖于内曲率和外曲率的贡献,并导致意外的不对称形状。

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82天30分 随机介质、无序材料(包括液晶和自旋玻璃)的统计力学
76甲15 液晶
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参考文献:

[1] Bowick MJ,Giomi L.2009二维物质:秩序、曲率和缺陷。高级物理。58, 449-563. (doi:10.1080/00018730903043166)·doi:10.1080/00018730903043166
[2] Serra F.2016向列相液晶的曲率和缺陷。Liq.Cryst.公司。43, 1920-1936. (doi:10.1080/02678292.2016.1209698)·网址:10.1080/02678292.2016.1209698
[3] Bausch A、Bowick M、Cacciuto A、Dinsmore A、Hsu M、Nelson D、Nikolaides M、Traveset A、Weitz D。2003晶粒边界疤痕和球形结晶学。《科学》2991716-1718。(doi:10.1126/science.1081160)·doi:10.1126/science.1081160
[4] Irvine WTM、Vitelli V、Chaikin PM,2010年曲面上的晶体褶皱。《自然》468947-951。(doi:10.1038/nature09620)·doi:10.1038/nature09620
[5] Jesenek D,Kralj S,Rosso R,Virga EG.2015环向列相壳上的缺陷解绑。软物质112434-2444。(doi:10.1039/C4SM02540G)·doi:10.1039/C4SM02540G
[6] Lubensky T,Prost J.1992定向顺序和囊泡形状。《物理学杂志》。II 2,371-382。(doi:10.1051/jp2:1992133)·doi:10.1051/jp2:1992133
[7] Nelson D.2002胶体四价化学。纳米Lett。2, 1125-1129. (doi:10.1021/nl0202096)·doi:10.1021/nl0202096
[8] Seung H,Nelson D.1988具有结晶顺序的柔性膜中的缺陷。物理学。版次A 38,1005-1018。(doi:10.1103/PhysRevA.38.1005)·doi:10.1103/PhysRevA.38.1005
[9] Lidmar J,Mirny L,Nelson D.2003球壳中的病毒形状和屈曲过渡。物理学。修订版E 68,051910。(doi:10.1103/PhysRevE.68.051910)·doi:10.1103/PhysRevE.68.051910
[10] Aland S,Raetz A,Roeger M,Voigt A.2012年病毒衣壳的屈曲不稳定性-连续方法。Multisc公司。模型。模拟。10, 82-110. (doi:10.1137/110834718)·Zbl 1402.92325号 ·数字对象标识代码:10.1137/10834718
[11] Nelson D.1983液体和玻璃中的订单、挫折和缺陷。物理学。版次B 28,5515-5535。(doi:10.1103/PhysRevB.28.5515)·doi:10.1103/PhysRevB.28.5515
[12] Dzubiella J,Schmidt M,Lowen H.2000硬质球囊向列相液滴中的拓扑缺陷。物理学。版次E 62,5081-5091。(doi:10.1103/PhysRevE.62.5081)·doi:10.1103/PhysRevE.62.5081
[13] Bates MA,Skacej G,Zannoni C.2010单轴和双轴胶体向列相涂层中的缺陷和排序。软物质6655-663。(doi:10.1039/B917180K)·doi:10.1039/B917180K
[14] Shin H,Bowick MJ,Xing X.2008球形向列相中的拓扑缺陷。物理学。修订稿。101, 037802. (doi:10.1103/PhysRevLett.101.037802)·doi:10.1103/PhysRevLett.101.037802
[15] Prinsen P,van der Schoot P,2003塔克体的形态和董事场转换。物理学。修订版E 68021701。(doi:10.1103/PhysRevE.68.021701)·doi:10.1103/PhysRevE.68.021701
[16] Nguyen TS、Geng J、Selinger RLB、SelingerJV。2013年可变形囊泡的向列序:理论与模拟。软物质98314-8326。(doi:10.1039/c3sm50489a)·doi:10.1039/c3sm50489a
[17] Martinez A、Ravnik M、Lucero B、Visvanathan R、Zumer S、Smalyukh II。2014向列相场中相互缠结的胶体结和诱导的缺陷环。自然材料。13, 259-264. (doi:10.1038/nmat3840)·doi:10.1038/nmat3840
[18] Segatti A,Snarski M,Veneroni M.2014向列相液晶在环面上的平衡构型。物理学。版本E 90,012501。(doi:10.1103/PhysRevE.90.012501)·Zbl 1345.35126号 ·doi:10.1103/PhysRevE.90.012501
[19] Alaimo F,Koehler C,Voigt A.2017曲率控制拓扑活性向列相中的缺陷动力学。科学。代表75211。(doi:10.1038/s41598-017-05612-6)·doi:10.1038/s41598-017-05612-6
[20] Kralj S,Rosso R,Virga EG.2011向列相壳层上价态的曲率控制。软物质7,670-683。(doi:10.1039/C0SM00378F)·doi:10.1039/C0SM00378F
[21] Napoli G,Vergori L.2012a向列壳层的表面自由能。物理学。版次E 85,061701。(doi:10.1103/PhysRevE.85.061701)·doi:10.1103/PhysRevE.85.061701
[22] Napoli G,Vergori L.2012b向列壳层的外部曲率效应。物理学。修订稿。108, 207803. (doi:10.1003/PhysRevLett.108.207803)·doi:10.1103/PhysRevLett.108.207803
[23] Golovaty D,Alberto Montero J,Sternberg P.2017弯曲向列相薄膜上Landau-de Gennes模型的降维。J.诺恩。科学。27, 1905-1932. (doi:10.1007/s00332-017-9390-5)·Zbl 1382.35220号 ·doi:10.1007/s00332-017-9390-5
[24] Nestler M、Nitschke I、Praetorius S、Voigt A.2018表面上的定向秩序:拓扑、几何和动力学的耦合。J.农林。科学。28, 147-191. (doi:10.1007/s00332-017-9405-2)·Zbl 1391.35335号 ·doi:10.1007/s00332-017-9405-2
[25] Nitschke I、Nestler M、Praetorius S、Löwen H、Voigt A.2018曲面上的向列型液晶——薄膜极限。程序。R.Soc.A 47420170686。(doi:10.1098/rspa.2017.0686)·Zbl 1402.82021号 ·doi:10.1098/rspa.2017.0686
[26] Nitschke I,Reuther S,Voigt A.2019极性液晶在演化表面上的流体动力学相互作用。物理学。修订流体4,044002。(doi:10.1103/PhysRevFluids.4.044002)·Zbl 1472.82040号 ·doi:10.1103/PhysRevFluids.4.044002
[27] Park J,Lubensky T,MacKintosh F.1992零属可变形表面的N阶和连续形状变化。欧罗普提斯。莱特。20, 279-284. (doi:10.1209/0295-5075/20/3/015)·doi:10.1209/0295-5075/20/3/015
[28] Keber FC、Loiseau E、Sanchez T、DeCamp SJ、Giomi L、Bowick MJ、Marchetti MC、Dogic Z、Bausch AR.2014活性向列相囊泡的拓扑和动力学。科学345,1135-1139。(doi:10.1126/science.1254784)·doi:10.1126/science.1254784
[29] Marsden J,Hughes T.2012弹性数学基础。多佛土木和机械工程。多佛出版物。
[30] Nestler M、Nitschke I、Voigt A.2019向量值和张量值表面PDE的有限元方法。J.计算。物理学。389, 48-61. (doi:10.1016/j.jcp.2019.03.006)·Zbl 1452.65352号 ·doi:10.1016/j.jcp.2019.03.006
[31] Reuther S,Voigt A.2018通过表面有限元求解不可压缩表面Navier-Stokes方程。物理学。液体30,012107。(doi:10.1063/1.5005142)·Zbl 1403.35243号 ·数字对象标识代码:10.1063/1.5005142
[32] Vey S,Voigt A.2007 AMDiS:自适应多维模拟。计算。视觉。科学。10, 57-67. (doi:10.1007/s00791-006-0048-3)·Zbl 1267.65185号 ·doi:10.1007/s00791-006-0048-3
[33] Witkowski T,Ling S,Praetorius S,Voigt A.2015可扩展自适应并行有限元方法的软件概念和数值算法。高级计算。数学。41, 1145-1177. (doi:10.1007/s10444-015-9405-4)·Zbl 1334.65160号 ·doi:10.1007/s10444-015-9405-4
[34] Dziuk G,Elliott CM。2013表面偏微分方程的有限元方法。Acta Numer公司。22, 289-396. (doi:10.1017/S0962492913000056)·Zbl 1296.65156号 ·doi:10.1017/S0962492913000056
[35] Smereka P.2003曲率和表面扩散运动的半隐式水平集方法。科学杂志。计算。19, 439-456. (doi:10.1023/A:1025324613450)·Zbl 1035.65098号 ·doi:10.1023/A:1025324613450
[36] Rusu R.2005表面弹性流动的算法。Inerf.自由边界7,229-239。(doi:10.4171/IFB/122)·Zbl 1210.35149号 ·doi:10.4171/IFB/122
[37] Barrett J,Garcke H,Nuernberg R.2007 Willmore流的参数近似和相关几何演化方程。SIAM J.科学。计算。31, 225-253. (doi:10.1137/070700231)·Zbl 1186.65133号 ·数字对象标识代码:10.1137/070700231
[38] Dziuk G.2008计算参数Willmore流。数字。数学。111, 55-80. (doi:10.1007/s00211-008-0179-1)·Zbl 1158.65073号 ·doi:10.1007/s00211-008-0179-1
[39] Kovacs B,Li B,Lubich C.2019闭合曲面平均曲率流的收敛演化有限元算法。数字。数学。43, 797-853. (doi:10.1007/s00211-019-01074-2)·Zbl 1427.65250号 ·doi:10.1007/s00211-019-01074-2
[40] Oza AU,Dunkel J.2016活性液晶中拓扑缺陷的反极性排序。新J.Phys。18, 093006. (doi:10.1088/1367-2630/18/9/093006)·doi:10.1088/1367-2630/18/9/093006
[41] Mbanga BL,Grason GM,Santangelo CD.2012外在几何的受挫顺序。物理学。修订稿。108, 017801. (doi:10.1103/PhysRevLett.108.017801)·doi:10.1103/PhysRevLett.108.017801
[42] Napoli G,Vergori L.2016向列壳层流体动力学理论:曲率、流动和排列之间的相互作用。物理学。版本E 94020701。(doi:10.103/PhysRevE.94.020701)·doi:10.1103/PhysRevE.94.020701
[43] Segatti A,Snarski M,Veneroni M.2016向列壳层变分模型分析。数学。国防部。方法应用。科学。26, 1865-1918. (doi:10.1142/S0218202516500470)·Zbl 1345.35126号 ·doi:10.1142/S0218202516500470
[44] Koning V、Lopez-Leon T、Darmon A、Fernandez-Nieves A、Vitelli V,2016年具有三重价态的球形向列壳层。物理学。版次E 94012703。(doi:10.1103/PhysRevE.94.012703)·doi:10.1103/PhysRevE.94.012703
[45] Duan X,Yao Z.2017球形圆盘上向列相织构缺陷的曲率驱动稳定性。物理学。版次E 95062706。(doi:10.1103/PhysRevE.95.062706)·doi:10.1103/PhysRevE.95.062706
[46] Napoli G,Vergori L.2018外部曲率对二维向列膜的影响。物理学。版次E 97,052705。(doi:10.1103/PhysRevE.97.052705)·Zbl 1400.82293号 ·doi:10.1103/PhysRevE.97.052705
[47] Nitschke I,Reuther S,Löwen H,Voigt A.2020表面Landau-de Gennes Q张量模型的特性。软物质16,4032-4042。(doi:10.1039/C9SM02475A)·doi:10.1039/C9SM02475A
[48] Nitschke I,Reuther S,Voigt A.2019数据来源:可变形表面上的液晶。请参见https://gitlab.mn.tu-dresden.de/sourcecode/surface-lc。 ·Zbl 1460.76066号
[49] Schouten J.1954《Ricci-calculus:张量分析及其几何应用导论》。在Einzeldarstellungen的数学教授Wissenschaften。斯普林格·Zbl 0057.37803号
[50] Willmore T.1996黎曼几何。牛津科学出版物。克拉伦登出版社。
[51] Huisken G.1984通过凸面的平均曲率流入球体。《微分几何杂志》20,237-266。(doi:10.4310/jdg/1214438998)·Zbl 0556.53001号 ·doi:10.4310/jdg/1214438998
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