手性分子–胶体杂化液晶中不可避免涌现的双轴性

手性向列或胆甾相液晶（LCs）是具有长程取向序的中介相，其由螺旋构型赋予准层状周期性但缺乏位置序。将大长径比薄胶体棒或大直径厚度比圆盘掺杂入分子胆甾相 LC 中，由于粒子–LC 界面处弱表面边界条件与基于体的弹性畸变之间的相互作用，给体系增添了另一层复杂性。通过使用具有不同几何形状与边界条件的胶体圆盘和棒，我们证明这些各向异性胶体包埋物表现出双轴取向概率分布，它们倾向于使长棒轴与圆盘法线垂直于螺旋轴取向，从而赋予杂化胆甾相 LC 结构强烈的局域双轴性。不同于非手性杂化分子–胶体 LC 中双轴序仅在各向异性胶体颗粒中等至高等体积分数下涌现的情形，浸入手性向列宿主中的胶体包埋物的取向概率分布即使在极低颗粒体积分数下也不可避免地是双轴的。此外，胶体包埋物在 LC 宿主介质的分子取向序中诱导局域双轴性，增强了手性向列相 LC 中由螺旋轴存在导致对称性破缺而来的弱双轴性。借助基于最小化胶体周围宿主 LC 的 Landau de Gennes 自由能的解析建模与计算机模拟，我们解释了实验发现并得出结论：手性分子–胶体 LC 的双轴序相较于非手性分子–胶体 LC 与分子胆甾相 LC 均被显著增强且相当不可避免。