Оптическая генерация, шаблонизация и полимеризация трехмерного массива жидкокристаллических дефектов, декорированных плазмонными наночастицами
Дефекты в жидких кристаллах используются для моделирования топологических объектов в областях от Скирмионов в физике высоких энергий до струн ранней вселенной. Они имеют практические приложения для создания само-собирающихся дифракционных решеток и в качестве строительных лесов для плазмонных наночастиц, однако их сложно контролировать и организовывать в трехмерную структуру.
Авторы боковым сканированием сфокусировали лазерный луч для того, чтобы создать периодический массив твист-стабилизированных дефектов, формирующих линейно- (отпечатки пальцев) или аксиальносимметричные (торы) конфигурации в частично полимеризованных жидкокристаллических пленках. Полимеризация позволяет стабилизировать эти структуры и сформировать трехмерный массив дефектов последовательным укладыванием тонких холестерических пленок поверх друг друга. В процессе производства таких массивов, авторы полимеризовывали пленки жидкого кристалла с торами или полосами. Затем последовательно наносили и фотополимеризовывали новые жидкокристаллические слои поверх предыдущего.
Таким образом, формируется трехмерная структура твист-стабилизированных дефектов в виде слоев. Шаблонизация полимеризованным слоем спонтанно приводит к упорядоченной организации торов и полос в новых холестерических слоях, что делает возможным трехмерное упорядочение структур дефектов. Неразрушающая трехмерная визуализация поля директора с использованием флуоресцентной поляризационной микроскопии с трех фотонной накачкой показала природу топологических сингулярностей и физическое обоснование причин наблюдаемого эффекта шаблонизации. Трехмерное структурирование дефектов шаблонизирует самосборку плазмонных наночастиц внутри индивидуальных сингулярностей и их массивов. Это может служить основой для потенциальных применений в нанофотонике, плазмонике, создании метаматериалов и преобразовании энергии в наномасштабах.
Julian S. Evans, Paul J. Ackerman, Dirk J. Broer, Jao van de Lagemaat and Ivan I. PHYSICAL REVIEW E 87, 032503 (2013)