Dissipative structures in the non-equilibrium dynamics of chiral liquid crystal droplets

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K14433
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: Bono Shinji 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 准教授 (60778356)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 液晶 / ソフトマター / キラリティー / MEMS

Outline of Final Research Achievements

Chiral liquid crystal droplets (LCDs) dispersing in their isotropic phase under a weak heat flux show rigid body rotation. On the other hand, when we increase heat flux, chiral LCDs exhibit director rotation with director distortion. These two steady-state dynamics must be determined so that dissipation is minimized for injected energy. In this study, I investigated the factors that switch competing dissipation mechanisms in nonequilibrium dynamics of chiral LCDs. Based on the research findings we proposed a visualization mechanism of thermal and electric properties of microstructures in microelectromechanical systems.

Free Research Field

ソフトマターの物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

“液晶滴の熱駆動回転が剛体回転なのか配向回転なのか?” この疑問は長年議論されているにもかかわらず、決着がついていなかった。この理由として、等方相に生じる流動場が小さく粒子などを用いた流動場検出が困難である点と、滴界面エネルギーが低く、この界面に吸着するトレーサーが乏しい点とが挙げられる。本研究ではこれらの問題点を解決し剛体回転を捉えることに成功した。本研究で得られる知見は、ソフトマターにおける非平衡定常ダイナミクスを理解するためだけでなく、液晶の新しいセンサ応用のためにも重要である。実際に本研究では液晶滴を用いると非常に高い空間分解能で温度勾配や電場分布を可視化できることを示した。