Rekonfigurabilne mreže nematskih topoloških defektovHarkai, Saša (Avtor) Kralj, Samo (Mentor) tekoči kristalinematikitopološki defektiV delu obravnavamo kompleksne strukture linijskih defektov v enoosni nematski fazi, ograjeni v planparalelno geometrijo, in različne načine njihovega prevezovanja. Nematske strukture opisujemo na mezoskopski skali s tenzorskim nematskim ureditvenim parametrom. Ravnovesna stanja določimo z numerično minimizacijo pripadajoče proste energije sistema. Različne defektne strukture vsiljujemo topološko z robnimi pogoji na ograjujočih ploščah. Preko slednjih vsiljujemo dvodimenzionalne (2D) površinske defekte, karakterizirane z ovojnim številom m. Te robne pogoje lahko eksperimentalno realiziramo, npr. z vtisno metodo z uporabo mikroskopa na atomsko silo. Pozornost posvečamo predvsem t. i. topološko "nenabitim" disklinacijam z |m| = 1/2, katerih 3D topološki naboj je enak 0. Najprej preučimo strukturno raznovrstnost, ki jo omogoča površinsko vsiljen topološki defekt z m = 1. V odvisnosti od razmerja debeline celice glede na dvoosno korelacijsko dolžino in začetnih pogojev se v celici realizira bodisi linijski defekt z m = 1, razcepljeni defekt, ki ga sestavljata dve medsebojno odbijajoči liniji z m = 1/2, ali pa brezdefektna pobegla struktura. Stabilnosti ravnovesnih nematskih struktur in preklapljanje med njimi z uporabo zunanjega električnega polja preverimo tudi eksperimentalno. Pretežno antiparalelne "nenabite" linije v dovolj debelih celicah, ki so lokalizirane ob ograjujočih površinah, stabiliziramo s kvadratno mrežo 2 × 2 alternirajočih m = ±1/2 površinskih defektov. Pokažemo, da se takšni antiparalelni disklinaciji obnašata kot defekt in antidefekt s težnjo medsebojne anihilacije. Demonstriramo možno prevezavo med različnimi defektnimi nematskimi strukturami z uporabo zunanjega električnega polja. Z vsiljevanjem 4 × 4 vzorca alternirajočih defektov z m = ±1 na komandni površini v dovolj debelih celicah ustvarimo multistabilen sistem z 18 kvantitativno in 7 kvalitativno različnimi (meta)stabilnimi konfiguracijami. Na izbranih konfiguracijah demonstriramo, da jih lahko reverzibilno prevezujemo z zunanjim električnim poljem, kar kvalitativno tudi eksperimentalno reproduciramo. Pokažemo, da lahko "nenabite" disklinacije stabiliziramo tudi preko koloidov toroidne topologije. Topološko "nenabite" disklinacije izkazujejo lastnosti, podobne Majoranovim delcem. Rezultati so zanimivi zaradi fundamentalnih in aplikativnih razlogov. Različne konfiguracije defektov, ki jih vsilimo preko regularnih vzorcev 2D vtisnjenih defektov, potencialno tvorijo zanke periodičnih 3D struktur, ki so lahko uporabne za različne fotonske ali elektro-optične aplikacije.20212021-12-02 08:15:03Doktorsko delo/naloga133578sl