液晶中的弹性胶体单极子与可重构自组装

类单极子的静电相互作用在生物学和凝聚态中无处不在,但它们常被反离子屏蔽,且无法从吸引切换为排斥。在胶体科学中,主要目标是开发能模仿并超越原子与分子组装的多样性和长度尺度的胶体粒子,而静电带电粒子无法改变其表面电荷的符号,也不能从单极子转变为高阶多极子。在液晶胶体中,粒子间的弹性相互作用源于最小化与粒子周围棒状分子长程取向排列中弹性畸变相关的自由能。在偶极、四极和十六极向列胶体中,此类弹性畸变的对称性既模仿静电多极子,也模仿原子最外层占据电子壳层。已在此类胶体中演示了弹性多极子的电与磁切换、自发转变和光学控制,以及它们与拓扑缺陷和表面边界条件的相互作用。然而,人们早已认识到弹性单极子应因其所诱导的弹性力矩而弛豫到均匀或高阶多极态。本文我们开发了具有强弹性单极矩且弹性力矩由环境光施加的光学力矩平衡的向列胶体。我们展示了这些胶体粒子在非结构化光下的单极到四极重构,类似于将原子在基态与各种激发态之间驱动。我们表明弹性单极子的符号可被切换,且同号单极子相吸而异号单极子相斥,与静电情形相反。我们还演示了这些胶体粒子的非平衡动态组装。