Science：三维活性向列相液晶的拓扑结构和动力学

初学者

2020-03-06

拓扑结构是各类多体系统中非平衡动力学的有效描述符。例如，由耗能式各向异性单元组成的二维有源液晶的一个突出特征是可活动的点状拓扑缺陷。最近，美国布兰迪斯大学Zvonimir Dogic团队和加州大学美熹德分校Daniel A. Beller团队合作，报道了3D活性向列相液晶中向错回线的结构和动力学过程的实验观测。

本文要点：

1）实验将产生驱动力的微管束分散于无源胶体液晶，形成三维有源向列相液晶。

2）光片照明显微镜揭示出有源向列相液晶毫米尺度结构的时间演化过程，分辨率达到单束水平。

3）实验发现，主要的拓扑激励是长程的电中性向错回线（一类线缺陷），该向错回线经历着复杂的动力学和重构过程。

总之，该研究提出了一种用于分析体各向异性系统的非平衡动力学的实验框架，可扩展到驱动型复杂流体，有源超材料，生物组织，以及机器人/生物体群体。

图1. 3D有源向列相液晶的组装及其取向场成像。

图2. 实验观测的向错回线动力学。

Guillaume Duclos et al. Topological structure and dynamics of three-dimensional active nematics. Science, 2020.

DOI: 10.1126/science.aaz4547

https://science.sciencemag.org/content/367/6482/1120