A folyadékkristályok rendszereiben az interakciós potenciál alapvető szerepet játszik, különösen a fázisátmenetek és a rendezettség dinamikájának megértésében. A kutatók, mint Bray [215], a szórás elméletére alapozva feltárták, hogy ha a kL >> 1, akkor az eloszlás szerkezeti tényezőjének arányosnak kell lennie az összes hibás pont sűrűségével. Ez a megfigyelés egy hatványos törést jelez, ahol a f(x) ~ χ−(d+n) szabályozza a szerkezeti tényező tail-jét. Ha a rendszer két dimenziós és n=2, akkor χ = d + n = 4, és így a szerkezeti tényező tail-je a Porod-törvénynek megfelelően viselkedik: S(k) ~ k−4. Ez azt jelenti, hogy a szórás a vórusz/antivórusz hibák magjainak kölcsönhatásából származik.

A növekedési törvények elemzése során a kutatás azt mutatta, hogy az adatsorok megfelelnek a LAC növekedési törvényének. Bray előrejelzése szerint [215] a növekedési törvény nem mutat átmenetet n = 4 esetén. Figyelemre méltó, hogy a növekedési törvény univerzalitása a hosszúságszabályozás adatainak egyetlen görbévé történő összeomlásából ered, ha a megfelelő időskálák és az időrend szempontjából figyelembe vesszük a kapcsolatot. Különösen érdekes volt, hogy a vizsgált rendszerek mindegyike univerzális viselkedést mutatott, és nem volt jele a dinamikai univerzalitás osztályának átváltásának n = 4-nél. Ez az univerzalitás a folyadékkristályok rendelési kinetikájára vonatkozó kísérleti eredmények szilárd alapot biztosítottak.

A második- és negyedikrendű Legendre-polinomok hatása a folyadékkristályos rend előrehaladására szintén lényeges kutatási téma. A folyadékkristályos rendszerekben a molekulák közötti kölcsönhatásokat gyakran páros potenciálok összeadásával közelítjük, ám egyes kutatók megpróbálták a teljes kölcsönhatási potenciált is figyelembe venni. Az egyik ilyen próbálkozás során a tájolási potenciált a Legendre-polinomok sorozataként bővítették, ahol az interakciók második- és negyedikrendű tagjai figyelembe voltak véve.

Singh és Singh [206] átfogó Monte Carlo (MC) szimulációkat végeztek két dimenziós folyadékkristályos rendszerek rendelési dinamikájának vizsgálatára. A szimulációk során két különböző Hamiltonian-t alkalmaztak: a generalizált Lebwohl-Lasher (GLL) modellt és az r−6 típusú diszperziós potenciált. Az eredmények azt mutatták, hogy mindkét esetben a P4 tag hozzáadása jelentősen befolyásolja a domain morfológiájának időbeli fejlődését, a korrelációs függvényt, a szerkezeti tényezőt és a domain hosszúsági skálát. Az eredmények diffúziós növekedési törvényt mutattak, amely logaritmikus korrekcióval rendelkezett, ami azt jelzi, hogy a modell a második és negyedikrendű kölcsönhatások figyelembevételével pontosabb predikciókat adhat a rendezettség dinamikájáról.

A folyadékkristályos rendezettség teljes megértéséhez elengedhetetlen a molekulák közötti teljes kölcsönhatás figyelembevétele, bár a kutatók eddig nem tudták teljesen beépíteni az összes lehetséges interakciót. A Legendre-polinomokkal végzett bővítések és a Wigner-rotációs mátrixok alkalmazása lehetővé teszik az interakciók tágabb körben történő modellezését. Az ilyen típusú bővítések révén a folyadékkristályos rendszerek viselkedésének pontosabb előrejelzése válik lehetővé.

Különösen fontos figyelembe venni, hogy bár a P2 és P4 rendű polinomok meghatározása viszonylag egyszerű, a magasabb rendek meghatározása rendkívül nehézkes és kísérletileg nem lehetséges. Emiatt a kutatások gyakran az első két tagra korlátozódnak, mivel ezek biztosítják a legnagyobb hatást a rendezettségi átmenetek és a rend dinamikájának elemzésére. Ezen kívül, a GLL modell segítségével végzett szimulációk megmutatták, hogy a P4 tag jelenléte az interakciós potenciálban jelentős hatással van a rendszerek viselkedésére, különösen a hőmérsékleti függőségre és a rendezettségi paraméterekre. A kutatók szerint a P4 tag nagyobb hatása az elsőrendű NI-átmenetek erősebbé válásához vezethet.

A második és negyedikrendű kölcsönhatások figyelembevételével végzett kutatások mind a kísérleti, mind a numerikus megközelítések szempontjából alapvető fontosságúak, mivel ezek segítenek jobban megérteni a folyadékkristályos rendszerek rendezettségét és a fázisátmeneteket. A jövőbeli kutatások célja az interakciós potenciálok még teljesebb figyelembevétele, hogy előre jelezni lehessen a folyadékkristályos rendszerek viselkedését a különböző paraméterek függvényében.

Mik a lyocholesterikus fázisok és hogyan befolyásolják a mikellák szerkezetét?

A lyocholesterikus fázisok a folyékony kristályos anyagok egyik legérdekesebb és legösszetettebb típusa, amely különböző molekulák keveredésével alakul ki. Különböző szintetikus és természetes anyagok, mint például amphiphilikus molekulák és oldószerek, lehetővé teszik ezen fázisok kialakulását, amelyek különleges optikai és szerkezeti tulajdonságokkal rendelkeznek. A lyocholesterikus rendszerek a mikellák (kis molekulák csoportjai) helikoidális elrendeződése alapján jellemezhetők, amelyek hossza, hőmérséklete és a kémiai összetételek változása hatással vannak a fázisok szerkezetére és dinamikájára.

A lyocholesterikus fázisok két fő típusba sorolhatók: intrinszikus és extrinszikus. Az intrinszikus lyocholesterikus fázisok akkor keletkeznek, amikor a keverékhez chiral amphiphilikus molekulák adódnak. Ilyen például, amikor a L-N-lauroil-potasszium alaminátot adják egy kálium-laurát/dekanol/víz keverékhez. Ezzel szemben az extrinszikus fázisok akkor alakulnak ki, amikor a keverékhez nem amphiphilikus, hanem chiral molekulák kerülnek, mint például a brucinszulfát a decil-szulfát/ammonium-szulfát/dekanol/víz keverékhez.

A mikellák elrendezését a pitch (p), a chiral molekulák koncentrációja (cm), a hőmérséklet és a mikellák formájának anizotrópiája (Sa) befolyásolja. A különböző mikellák és a helikális struktúrák kombinációja három különböző lyocholesterikus fázist eredményez: ChD, ChB és ChC fázisokat. Ezek a fázisok főként a szurfaktáns és a ko-szurfaktáns jelenlétében jelennek meg. A mikellák szerkezete és a fázisok közötti átmenetek összetettek, és azokat a kémiai komponensek, valamint a hőmérséklet változása határozza meg.

Az egyik legfontosabb jelenség a lyocholesterikus fázisok közötti átmenet. A ChD és ChB fázisok közötti átmenet során a rendszer nem mutat hirtelen ugrást az optikai paraméterekben, ami azt jelzi, hogy az átmenet inkább egy átmeneti folyamat (crossover), semmint valódi fázisváltás. Ezt a viselkedést az kísérleti adatok is megerősítik, amelyek alapján azt látjuk, hogy a két fázis közötti különbségek fokozatosan alakulnak ki. Az ilyen típusú átmeneteket gyakran nem kísérik hirtelen változások a rendszer tulajdonságaiban.

A fázisdiagramok, amelyek többdimenziós rendszereket ábrázolnak, kulcsfontosságú szerepet játszanak az ilyen rendszerek megértésében. A lyocholesterikus fázisok különböző típusai közötti kapcsolatok és a fázisátmenetek megértéséhez elengedhetetlen, hogy a kísérleti munka során a komponensek koncentrációját és a hőmérsékletet finoman módosítsuk, hogy megfigyeljük az ezen változók hatását. A kísérletek során előfordulhat, hogy a komponensek keveredése és a hőmérséklet emelkedése új szimmetrikus elrendezéseket eredményez a fázisátmenet során.

A lyocholesterikus fázisok és azok mikellák átrendeződése nemcsak a kémiai összetételtől függ, hanem az alkalmazott külső hatásoktól is, mint például a mágneses mezők, amelyek jelentős mértékben befolyásolhatják a rendszer viselkedését. Az ilyen mezők hatására a helikális struktúrák és a mikellák elrendeződése változhat, ami új fázisokat és optikai jelenségeket eredményezhet.

A lyocholesterikus rendszerek tudományos és ipari alkalmazása is széleskörű. Például az optikai és elektro-optikai alkalmazásokban, valamint a biológiai rendszerek modellezésében való felhasználásuk ígéretes lehetőségeket kínál. A lyocholesterikus fázisok kutatásának további fejlődése és a különböző fázisok közötti átmenetek megértése alapvető fontosságú lesz a jövőbeli alkalmazások szempontjából.

A lyocholesterikus rendszerekhez tartozó folyékony kristályok különösen érdekesek lehetnek a szerves és polimerek alapú folyékony kristályos anyagok számára, mivel képesek specifikus optikai és mechanikai tulajdonságokkal rendelkezni. Az ilyen rendszerekben a komponensek kombinációja lehetőséget biztosít új típusú optikai eszközök és mechanikai szerkezetek kialakítására.

Mi okozza a kontakt dermatitiszt, és hogyan ismerhető fel különböző testtájakon?
A magányos farkasok és a radikalizálódás veszélyei: A modern terrorizmus és ideológiák összefonódása
Melyik út védi jobban a nemzet becsületét: a megtorlás vagy az emberiség?
Miért fontos megérteni a Huckel-molekuláris orbitálok elméletét a grafikus spektrális elmélet tükrében?