球面盘上向列相纹理中缺陷的曲率驱动稳定性

稳定液晶系统中的缺陷对于许多物理过程和应用至关重要，范围从功能化液晶纹理到最近报道的对活性物质混沌行为的控制。在这项工作中，我们基于不受任何拓扑约束的各向同性向列相盘模型，进行解析计算以研究缺陷的曲率驱动稳定性机制。我们证明，在一个覆盖球面的不断增长的球面盘中，曲率效应的积累可以阻止典型的 +1 和 +1/2 缺陷形成 boojum 纹理（即缺陷被排斥到盘边界）。我们的计算揭示，+1 缺陷的平衡位置从球面盘边界移动到中心发生在一个非常窄的盘面积窗口内，表现出类似一级相变的行为。对于由一个 +1 缺陷分裂而成的一对 +1/2 缺陷，我们发现曲率驱动了两个缺陷间交替的排斥和吸引相互作用。随着球面盘的增长，这两个缺陷趋于接近并最终重新组合成一个 +1 缺陷纹理。本工作在向列相盘系统中展示的缺陷对曲率的敏感响应以及曲率驱动的稳定性机制，可能对各种应用中液晶纹理的通用控制和工程化具有启示意义。