連続回転対称性を有する液晶の電気対流系における時空カオス

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12740238
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 日高 芳樹 九州大学, 大学院・工学研究院, 助手 (70274511)
• Keywords: ネマチック液晶 / 散逸構造 / ゴールドストーン・モード / ソフトモード乱流

Research Abstract

2枚の平行平板電極の間に挟んだネマチック液晶に電場を印加したときに生じる電気対流現象は,非平衡開放系における散逸構造の恰好の研究対象として数多くの研究がなされてきた.棒状液晶分子が電極に対して垂直に立っているホメオトロピック系は連続回転対称性を持っているが,その初期配向が印加電場に対して不安定になり,液晶分子が任意の方向に傾く一種の座屈不安定性が発生する.この状態では,初期配向のもつ連続回転対称性が自発的に破れたことによって生じた波数ゼロ・緩和時間無限大の「ゴールドストーン・モード」をもつ.さらに電場を上げていくと電気対流が発生するが,このとき系内には,同転対祢性に基づく付加的なゴールドストーン・モード(長波長の回転モード)と並進対称性に基づくゴールドストーン・モード(短波長の対流モード)が共存することになる.このような付加的なゴールドストーン・モードをもつ対流系では,「ソフトモード乱流」と呼ばれる時空カオスが発生する.ソフトモード乱流においては,生じた非線形揺らぎの相関時間が対流発生点で発散するという特徴をもつ.
一方,ソフトモード乱流は,ローカルには対流周期構造を保ちつつ,その波数ベクトルの向きが空間的に不規則になってるという特徴をもつ.本研究では,時空カオス・パターンの空間的な乱れを特徴付ける長さスケールの測定を行った.初めに,パターンをデジタルカメラで撮影し,2次元パワースペクトルを計算した.その動径方向の分布を取ると,対流ロールペアのサイズに相当するピークが表れる.そのピークの幅の逆数を特微的な長さスケール(相関距離)と考え,その印加電圧依存性を調べた.その結果,時間的な揺らぎと同様に,空間的乱れの相関距離も対流発生点で発散するということがわかった.これらの結果は,TribelskyらによるSwift-IIohenberg型モデルの計算結果と一致している.

Research Products

• [Publications] J.-H.Huh et al.: "Prewavy Pattern : A Director-modulation Structure in Nematie Liquid Crystals"Molecular Crystals and Liquid Crystals. (in press).
• [Publications] 日高芳樹 他: "液晶におけるパターン形成-現状と将来-"液晶(日本液晶学会誌). 第4巻3号. 219-234 (2000)