連続回転対称性を持つ液晶の電気対流系における時空カオス

连续旋转对称液晶电对流系统中的时空混沌

基本信息

批准号：
12740238
负责人：
日高芳樹
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

液晶は異方性をもつ流体であるため、分子配向を境界条件で制御することによって系の対称性を変えるることができる。本研究では、連続回転対称性が自発的に破れたホメオトロピック配向系の時空カオスの研究を、従来研究されてきたプレーナー系(連続回転対称性が強制的に破れた系)と比較しながら行った。ホメオトロピック系では、連続回転対称性の自発的破れに伴うゴールドストーン・モードが対流モードと相互作用を起こし、1回の超臨界分岐で静止安定状態から直接発生する「ソフトモード乱流(SMT)」を生じさせる。今回、画像解析の手法を用いて、SMTが局所的な周期パターンの波数ベクトルの向きに関する時空カオスであることを明らかにした。また、スナップショットで見ると、波数ベクトルの向きがそろった領域が多結晶のように集まったパッチ構造をしていることも明らかとなった。これまでに知られていた時空カオスは位相乱流や欠陥乱流であり、それとは異なる新しいタイプの時空カオスが発見されたことを意味する。従来のプレーナー系の研究では、欠陥乱流を説明するためにギンツブルグ-ランダウ方程式に平均流効果を導入する仮説が提案されていた。しかしプレーナー系の欠陥乱流も、境界条件で抑制されたディレクタ回転自由度が重要な役割を果たしていることが予測される。本研究では、プレーナー系に磁場を印加することによって欠陥乱流の発生を抑制できることを示し、その予測の証明を行った。以上のように、液晶電気対流系はディレクタ回転モードと対流モードの結合系であり、場の対称性と結合の仕方により多様なパターン・現象が現れることが本研究で明らかとなった。しかし、場の対称性の違いにより現れる現象が大きく異なる原因は未解明である。最終的には、対称性に依存しない普遍ダイナミックスと対称性に依存する個別ダイナミックスとを明確に分類することが必要である。

由于液晶是各向异性流体，因此可以通过在边界条件下控制分子方向来改变系统的对称性。在这项研究中，我们对同型方向系统的时空混乱进行了一项研究，其中连续旋转对称性被自发损坏，并将它们与平面系统（强行损坏连续旋转对称性的系统进行比较）。在同型系统中，伴随着连续旋转对称性自发崩溃的金石模式与对流模式相互作用，从而导致“软模式湍流（SMT）”直接来自一个超临界分支的固定稳定状态。在这里，使用图像分析技术，我们揭示了SMT是一种有关局部周期性模式的波向量方向的时空混乱。此外，当从快照中查看时，揭示了波矢量在对齐中的方向的区域具有斑块结构，其中区域像多晶一样聚集在一起。以前已知的时空混乱是相位湍流和缺陷湍流，这意味着已经发现了另一种新型的时空混乱。传统的平面系统研究提出了这样的假设，该假设将平均流动效应引入了金茨堡 - 兰道方程，以解释有缺陷的湍流。但是，可以预测，在边界条件下抑制主管旋转自由在平面系统中的缺陷湍流中起重要作用。在这项研究中，我们证明，通过将磁场应用于平面系统可以抑制有缺陷的湍流产生，我们已经证明了这一预测。如上所述，这项研究表明，液晶电转导系统是导演旋转模式与对流模式之间的耦合系统，并且根据场的对称性和耦合方法，各种模式和现象都会出现。但是，由于场对称性差异而似乎有很大差异的现象尚不清楚的原因。最终，有必要清楚地对独立于对称性和依赖对称性的个体动力学的通用动力学进行分类。