Estudos computacionais na formação de texturas e defeitos em cristais líquidos

Abstract

Resumo: O trabalho visa apresentar e discutir três pesquisas sobre cristais líquidos, além de uma introdução teórica sobre matéria ativa. O foco inicial é a formação de defeitos pontuais e lineares em filmes de cristal líquido nemático com um padrão de tabuleiro de xadrez, resultante de ancoramento híbrido. A análise de simulações de Monte Carlo revelou que os defeitos pontuais se formam e se aniquilam mais rapidamente, enquanto os defeitos lineares persistem mais tempo e podem se aniquilar após interação. A intensidade do ancoramento influencia a posição e a profundidade desses defeitos, que variam com o tamanho dos domínios. Em filmes híbridos de cristais líquidos colestéricos, padrões complexos foram formados usando substratos com alinhamento planar variado. Quatro padrões distintos para o substrato planar foram estudados: Plaid, Triangle, Pennant e Jumbo-Dot. A geometria do substrato e o número de domínios afetam a complexidade dos padrões. A energia elástica associada a cada padrão foi calculada, mostrando variações na energia de splay, bend e twist com o número de domínios. Além disso, em outro estudo foi analisada a formação de padrões em colestéricos com diferentes constantes elásticas. Três estruturas principais foram observadas: cônica, helicoidal e listras deitadas. O diagrama de fases obtido fornece uma visão detalhada das condições para a formação dessas estruturas. Por fim, foi feita uma introdução sobre o uso de métodos computacionais para simular a matéria ativa.

Abstract: This work aims to present and discuss three studies on liquid crystals, in addition to a theoretical introduction to active matter. The initial focus is on the formation of point and line defects in nematic liquid crystal films with a checkerboard pattern resulting from hybrid anchoring conditions. Monte Carlo simulation analysis revealed that point defects form and annihilate more rapidly in small domains, whereas line defects persist for longer times and may annihilate after interacting. The anchoring strength influences the position and depth of these defects, which vary with domain size. In hybrid films of cholesteric liquid crystals, complex patterns were formed using substrates with varied planar alignment. Four distinct planar substrate patterns were investigated: Plaid, Triangle, Pennant, and Jumbo-Dot. The substrate geometry and the number of domains affect the complexity of the resulting patterns. The elastic energy associated with each pattern was calculated, showing variations in splay, bend, and twist energies as a function of the number of domains. In an additional study, pattern formation in cholesteric with different elastic constants was analyzed. Four main structures were observed: conical, helical, lying stripes, and double helix. The resulting phase diagram provides a detailed view of the conditions required for the formation of these structures. Finally, an introduction to the use of computational methods for simulating active matter is presented