Skirmioni so nesingularne vrtinčaste strukture zveznih vektorskih polj, ki jim struktura nudi topološko zaščito in zagotavlja energijsko stabilnost. Najti jih je mogoče v raznolikih fizikalnih sistemih, med katerimi so tudi nematski tekoči kristali. Modre faze (BP) kiralnih nematskih tekočih kristalov tvorijo valjasti filamenti s skirmionskim profilom, zloženi v 3D kubično (BPI/BPII) ali amorfno strukturo (BPIII). V obeh primerih so obdani z mrežo defektnih linij, v katerih ni ureditve. V tem doktorskem delu obravnavamo tri pojave, povezane z modrimi fazami ter strukturami, ki jih tvorijo ob ograditvi v tanko plast. V prvem delu eksperimentalno in s pomočjo numeričnih simulacij pokažemo, da je modra faza tipa III 3D dinamična tekočina skirmionov z delnim nabojem. Podobno kot v primeru BPI tudi tu opazimo, da se ob ograditvi v plast debeline manjše od kiralne periode struktura pretvori v 2D mrežo polskirmionov. Strukture, ki jih vidimo pod mikroskopom v veliki meri poustvarimo z optičnimi simulacijami na izračunanih strukturah. V meritvah BPIII opazimo dva hitrostno razmaknjena dinamična načina. Počasnejši način razumemo kot posledico gibanja in preurejanja skirmionskih filamentov ter defektnih linij, hitrejšega pa kot posledico fluktuacij povprečne ureditve znotraj filamentov. V drugem delu obravnavamo strukturne fluktuacije, ki se pojavijo ob ograditvi kiralnega nematika v plasteh z debelinami, manjšimi od 100~nm, na prehodu med izotropno in skirmionsko fazo. Fluktuacije sestojijo iz stohastičnega nastajanja, izginjanja in dinamičnega spreminjanja polskirmionov ter njihovih delov. Opazne so v območju soobstoja faz in so dovolj počasne, da jih je mogoče opazovati v realnem času. Dinamika postaja vse hitrejša z naraščajočo temperaturo, kar potrdimo na dva načina: (i) s sledenjem migetajočim strukturam zajetih na videu, in (ii) s pomočjo metode diferenčne dinamične mikroskopije. Podobno dinamiko opazimo tudi blizu prehoda v ograjeni nematski fazi akiralnega kristala blizu kritične debeline. Pod slednjo je mehanizem nastanka nematske faze kapilarna kondenzacija, ki poteka zvezno s temperaturo. V ozkem območju debelin nad njo pa zaradi termičnih fluktuacij potekata tvorba in razpad kapilarnih mostičkov nematske faze. Da je tak mehanizem faznega prehajanja mogoč le v tankih plasteh, pokažemo s preprostimi energijskimi argumenti, ki slonijo na Landau-de Gennesovi teoriji faznega prehoda. Tretji del je posvečen obravnavi prehoda med urejeno in neurejeno mrežo polskirmionov v ograjeni BPI, ki ga opazimo z manjšanjem debeline pri konstantni temperaturi. Pokažemo, da poleg debeline stopnjo ureditve določata tudi temperatura ter interakcija s površinami. V primeru, ko se polskirmioni tvorijo med površinama, prevlečenima s polimerom PMMA, je prehod med neurejeno in urejeno polskirmionsko fazo z večanjem debeline vidno ostrejši kot v primeru navadnega stekla. Opišemo mehanizem dinamike mrežnih polskirmionov in njeno aktivnost pri različnih debelinah in temperaturah. Ta se v primeru PMMA površin sprosti in z manjšanjem debeline pod 100~nm izrazito poveča. Če povzamem, je cilj doktorskega dela predstavitev statičnih in dinamičnih lastnosti skirmionskih faz kiralnih tekočih kristalov v ograditvi v bližini faznega prehoda in pod njim.
|