Nanorings in planar confinement: the role of repulsive surfaces on the formation of lacuna smectics
Nanorings in planar confinement: the role of repulsive surfaces on the formation of lacuna smectics
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平面限制中的纳米环：排斥表面对空穴近晶形成的作用
DOI：
10.1080/00268976.2018.1484950
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发表时间：
2018
影响因子：
1.7
通讯作者：
Avendaño C
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Avendaño C
我们利用分子动力学模拟研究了平面狭缝几何中受限非凸圆形软排斥纳米环模型的结构和液晶相行为。无结构的平行软排斥壁之间的分离距离足够大，以允许形成一个独特的体相在该箱的中心区域，这是在与吸附的流体共存，从而允许单壁效应的分析。随着颗粒密度的增加，流体吸附（润湿）到平坦表面上，导致形成具有与环的直径成比例的间距的良好限定的近晶-A层。在垂直于表面的距离处的有序参数的分析表明，在每一层中的颗粒表现出抗氧化行为和平面（边缘上）锚定相对于短对称轴的环。这种行为与在凸盘状颗粒中观察到的行为形成鲜明对比，所述凸盘状颗粒具有形成具有垂面（面上）锚定的双（dispersion）结构的趋势。由纳米环在本体和约束下形成的近晶相的特征在于形成具有大空隙的低密度层状液晶态，在此称为空隙近晶相。与通常发现的涉及凸颗粒的受限液晶系统相反，在平面限制中发现纳米环没有明显的双轴性。我们认为，具有平面锚定的低密度空隙近晶层的形成是圆环的非凸形状的结果，其允许颗粒之间的相互渗透，如在体相条件下对纳米环所观察到的那样[C.阿旺达尼奥湾杰克逊，E.A. Müller和F.A. Escobedo，Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.113，9699（2016）; H.H. Wensink和C. Avendaño，Phys.Rev.E94，062704（2016）]。
We study the structure and liquid-crystalline phase behaviour of a model of confined non-convex circular soft-repulsive nanorings in a planar slit geometry using molecular-dynamics simulation. The separation distance between the structureless parallel soft-repulsive walls is made large enough to allow for the formation of a distinct bulk phase in the central region of the box which is in coexistence with the adsorbed fluid thus allowing the analysis of single-wall effects. As the density of the particles is increased, the fluid adsorbs (wets) onto the planar surfaces leading to the formation of well-defined smectic-A layers with a spacing proportional to the diameter of the rings. An analysis of the nematic order parameter at distances perpendicular to the surface reveals that the particles in each layer exhibit anti-nematic behaviour and planar (edge-on) anchoring relative to the short symmetry axis of the rings. This behaviour is in stark contrast to the behaviour observed in convex disc-like particles that have the tendency to form nematic (discotic) structures with homeotropic (face-on) anchoring. The smectic phases formed by nanorings in the bulk and under confinement are characterised by the formation of low-density layered liquid-crystalline states with large voids, referred to here as lacuna smectic phases. In contrast to what is typically found for confined liquid-crystalline systems involving convex particles, no apparent biaxiality is found for nanorings in planar confinement. We argue that formation of the low-density lacuna smectic layers with planar anchoring is a consequence of the non-convex shape of the circular rings that allow for interpenetration between the particles as observed for nanorings under bulk conditions [C. Avendaño, G. Jackson, E.A. Müller and F.A. Escobedo, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.113, 9699 (2016); H.H. Wensink and C. Avendaño, Phys. Rev. E94, 062704 (2016)].
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