Defektdynamik und Defektannihilation in flüssigkristallinen Filmen

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Stannarius
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 417180448

Topologische Defekte finden sich in einer Vielzahl von physikalischen Systemen, von der Kosmologie und Quantenphysik bis hin zu supraleitenden Flüssigkeiten, Kolloiden und anisotropen Flüssigkeiten. Es gibt auffallende Analogien zur Dynamik dieser Defektstrukturen. Oft werden topologische Defekte während symmetriebrechender Phasenübergänge erzeugt, und die anschließende Vergröberung von Mehrfachdefektmustern durch gegenseitige Vernichtung bestimmt die Dynamikder Phase. Das Verständnis des zugrundeliegenden Elementarprozesses, der Defektpaar-Annihilation, ist entscheidend für die Modellierung der komplexeren Defektmusterdynamik.Disklinationen in Flüssigkristallen (LCs) sind topologische Defektstrukturen, die leicht präpariert und einfach beobachtet werden können. Dies macht LCs zu ausgezeichneten Modellsystemen, um allgemeine Merkmale von Defektwechselwirkungen zu untersuchen. Eine gut entwickelte hydrodynamische Theorie für LC-Phasen ist verfügbar. Mit ihr wurden quantitativ neue Merkmale der Defektdynamik vorhergesagt.In früheren experimentellen Arbeiten haben wir gezeigt, dass die Details der Wechselwirkungen von Disklinationen in smektischen Filmen viel komplexer sind als von der gegenwärtigen Theorie angenommen. Die Untersuchung von sich gegenseitig abstoßenden Defekten mit gleicher topologischer Ladung hat wichtige neue Erkenntnisse gebracht und erfordert die Überarbeitung und Erweiterung der bestehenden Modelle.In dem vorgeschlagenen Projekt werden wir uns darauf konzentrieren, sich gegenseitig anziehende Defekte mit entgegengesetzten topologischer Ladung und eine quantitative Beschreibung der Annihilationsdynamik zu entwickeln. Wir werden mit freitragenden smektischen C-Filmen mit Dicken im Bereich von einigen Nanometern bis einigen Mikrometern arbeiten, und Defekt-Trajektorien in der Filmebene mit Polarisationsmikroskopie zu erfassen und zu analysieren. Parallel dazu werden wir eine geeignete Interpretation vorschlagen und eine umfassende numerische und semi-analytische Modellierung durchführen.Ziel ist das Verständnis der elementaren Zwei-Defekt-Wechselwirkungsprozesse, um ein quantitatives Verständnis der Disklinationsdynamik in smektischen freistehenden Filmen als quasi-zweidimensionalen Flüssigkeiten zu erhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen