Interface Dynamics in liquid crystals

Abstract

La dinámica de interfases es un tópico de estudio que ha suscitado mucho interés en distintos contextos tales como el magnetismo, dinámica de poblaciones, óptica, por mencionar algunos. Una interfase es un borde o superficie que conecta espacialmente dos estados de equilibrio y que puede exhibir dinámica. Por otro lado, es de especial interés el estudio de este tipo de dinámicas en cristales líquidos, materiales conocidos especialmente por sus aplicaciones en dispositivos electro-ópticos. Esta tesis tiene como objetivo principal el estudio de la dinámica de interfases en cristales líquidos nemáticos en diferentes situaciones experimentales. Para esto, este trabajo contempla la realización de tres experimentos distintos junto con estudios teóricos de los mismos. El primer experimento trata sobre la inestabilidad zig-zag de una red de paredes de Ising en un cristal líquido nemático inserto en una celda \emph{in--plane switching}. Esta celda de cristal líquido contiene micro-electrodos interdigitales tallados con forma de peine a la que se aplica voltaje. Estas interfases llamadas paredes de Ising conectan dos estados simétricos de orientaciones moleculares diferentes. Cada pared de Ising aparece sobre cada electrodo como consecuencia del campo eléctrico inhomogéneo y a medida que se aumenta el voltaje la interfase desarrolla una inestabilidad transversal adoptando una forma de zig-zag. El fenómeno fue caracterizado experimentalmente en función de la amplitud y frecuencia del voltaje y se propuso una descripción teórica para explicar lo observado y se derivó. En el segundo experimento se utiliza el mismo tipo de celda pero con diferente anclaje de las moléculas. En este caso, el sistema exhibe frentes propagativos que conectan dos interfases equilibrio. Se observa que estos frentes son asimétricos en forma y velocidad. El fenómeno fue caracterizado experimentalmente y se propuso un modelo fenomenológico para describir la dinámica observada. En el tercer experimento se estudian frentes de foto-isomerización que conectan la fase nemática de un cristal líquido con la fase líquida isotrópica. El cristal líquido nemático se somete a un haz laser gaussiano gatillando la transición de fase a un estado líquido isotrópico produciendo un frente circular el que viaja a una posición estacionaria caracterizada por el punto de Maxwell. Se deriva a partir de primeros principios un modelo que da cuenta de la dinámica del frente observada. Los resultados obtenidos en esta tesis muestran que cristales líquidos excitados pueden exhibir una gran variedad de interfaces diferentes con dinámicas inesperadas. Este estudio provee información útil para futuras aplicaciones en dispositivos electro-ópticos o para control de defectos.