模拟斑驳棒扭曲向列相的螺距敏感性

刚性细长的生物分子如丝状病毒、DNA或纤维素纳米晶体已知会形成液晶，常表现出螺旋超分子组织。关于这些所谓胆甾相中螺旋间距（pitch）的微观起源、尺寸和手性知之甚少。手性溶致液晶中的实验观察表明，介晶之间作用的远程静电手性力负责此种组织。利用大规模计算机模拟，我们研究了由软微观螺旋赋予的螺距敏感性，并确认螺旋手性对填充分数、分子螺距大小和手性相互作用幅度的变化敏感。特别地，我们发现证据表明在固定分子手性下，胆甾相螺旋手性可能随粒子密度变化而自发改变。这些螺距反转在近期理论研究中已有报道，但模拟证据仍然缺乏。我们基于对手性螺旋扭转产生的平均力矩的详细测量，合理化了超分子螺旋对称性的这些突变。所采用的模拟方法不需要将扭曲向列相限制在板几何中，并允许同时测量螺距和扭曲弹性常数。我们发现扭曲弹性常数几乎随密度线性增加，表明扭曲向列相在较高填充分数下由于预层状起伏未显示反常硬化迹象。