香港科大張銳課題組、中科大彭晨暉課題組 Nat. Commun.：應用Moiré效應實現向列相液晶中拓撲缺陷結構的多樣化設計
2024-02-27 來源：高分子科技
近年來，扭轉電子學作為一個新興領域備受關注。通過在固體材料晶格中將一層旋轉到與其它層成特定角度，就能夠產生稱為Moiré圖案或Moiré效應，從而形成新的周期性結構，進而產生新的物理現象。目前對Moiré圖案的研究涵蓋應變分析和計量技術、生物器件中的超分辨率成像，以及范德華異質結構中的應用，比如超導、自旋器件和拓撲絕緣體等。
香港科大張銳教授課題組與中科大彭晨暉教授團隊聯合開展研究，旨在將Moiré效應拓展到控制軟物質材料的微觀結構。團隊以液晶系統為例，展示如何利用Moiré效應操縱拓撲缺陷的結構；這種方法被稱為“液晶Moiré圖案”。研究團隊結合液晶理論、自由能模擬和實驗研究了表面上不同周期錨定圖案產生的Moiré效應，發現該效應可誘導生成多樣化的、周期可調的缺陷結構，包括直線、螺旋狀曲線、缺陷網絡和環等形態。通過共焦顯微鏡實驗，實驗團隊在液晶盒中成功觀察到了這些新型結構的三維特征。這些拓撲結構的形狀和表面錨定圖案顯著不同；這些結構的形態、方向和周期可以通過改變旋轉角度和液晶盒的厚度來調節，并展現出各種低頻和高頻的幾何Moiré模式，其光學圖像區別于傳統的Moiré圖像。
圖1：一維的向列相Moiré圖案中的拓撲結構和三維網絡膠體組裝。
圖2：使用向列相Moiré圖案對缺陷區域進行按需形狀模擬設計
綜上，通過設計液晶Moiré圖案，研究團隊實現了液晶系統中缺陷結構的精準調控，包括缺陷的形狀、周期和取向。這種新型多功能性操縱方法為液晶及其他軟材料系統中的拓撲、幾何和有序性之間的相互作用的研究提供了新的平臺，并促進了基于拓撲缺陷的應用的進一步發展。同時，液晶Moiré圖案也為材料科學領域的微觀結構的逆向設計提供了新的思路和方法。
論文信息：
Moiré effect enables versatile design of topological defects in nematic liquid crystals
https://doi.org/10.1038/s41467-024-45529-z
下載：Moiré effect enables versatile design of topological defects in nematic liquid crystals
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（責任編輯：xu）
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