Journal of Experimental and Theoretical PhysicsJournal of Experimental and Theoretical Physics0044-45103034-641XRussian Academy of Science10.31857/S0044451024120137LATTICE ELASTICITY OF BLUE PHASES IN CHOLESTERIC LIQUID CRYSTALSРЕШЕТОЧНАЯ УПРУГОСТЬ ГОЛУБЫХ ФАЗ ХОЛЕСТЕРИЧЕСКИХ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВChizhikovV. A.ЧижиковВ. А. chizhikov_v_a_noemail@ras.ruMamonovaA. V.МамоноваА. В. mamonova_a_v_noemail@ras.ruDmitrienkoV. E.ДмитриенкоВ. Е. dmitrienko_v_e_noemail@ras.ruИнститут кристаллографии им. А. В. Шубникова Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ «Курчатовский институт»; МИРЭА — Российский технологический университет (Институт радиоэлектроники и информатики)Shubnikov Institute of Crystallography of the Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics of the National Research Center "Kurchatov Institute"; MIREA - Russian Technological University (Institute of Radio Electronics and Informatics)Институт кристаллографии им. А. В. Шубникова Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ «Курчатовский институт»; Институт физики твердого тела имени Ю. А. Осипьяна Российской академии наукShubnikov Institute of Crystallography of the Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics of the National Research Center "Kurchatov Institute"; Osipyan Institute of Solid State Physics of the Russian Academy of SciencesИнститут кристаллографии им. А. В. Шубникова Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ «Курчатовский институт»; Институт физики твердого тела имени Ю. А. Осипьяна Российской академии наукShubnikov Institute of Crystallography of the Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics of the National Research Center "Kurchatov Institute"; Osipyan Institute of Solid State Physics of the Russian Academy of Sciences151220241666900909

New theoretical approaches have been developed for studying and quantitatively describing the elastic properties of cubic blue phases in cholesteric liquid crystals. Within the framework of the Landau–de Gennes theory, using the simplest blue phase O5 with spatial group (I432) as an example calculations of the bulk modulus and two shear moduli were performed depending on the chirality strength and temperature below the crystallization point from isotropic liquid. It is shown that the used approximations of rigid tensors and free helicoids give qualitatively similar results but differ noticeably quantitatively, therefore further experimental studies and numerical modeling of blue phase elasticity are necessary.

Развиты новые теоретические подходы для изучения и количественного описания упругих свойств кубических голубых фаз холестерических жидких кристаллов. В рамках теории Ландау-де Жена на примере простейшей голубой фазы O5 с пространственной группой симметрии (I432) проведены вычисления модуля всестороннего сжатия и двух модулей сдвига в зависимости от силы хиральности и температуры ниже точки кристаллизации из изотропной жидкости. Показано, что используемые приближения жестких тензоров и свободных геликоидов дают качественно похожие результаты, но заметно отличаются количественно, поэтому необходимы дальнейшие экспериментальные исследования и численное моделирование упругости голубых фаз.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, грант №2312-00200. Численная оценка модулей упругости проведена В. А. Чижиковым в рамках выполнения государственного задания НИЦ «Курчатовский институт».Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, грант №2312-00200. Численная оценка модулей упругости проведена В. А. Чижиковым в рамках выполнения государственного задания НИЦ «Курчатовский институт».В. А. Беляков, В. Е. Дмитриенко, Голубая фаза жидких кристаллов, УФН 146, 369 (1985) [V. A. Belyakov and V. E. Dmitrienko, the Blue Phase of Liquid Crystals, Sov. Phys. Usp. 28, 535 (1985)].D. C. Wright and N. D. Mermin, Crystalline Liquids: The Blue Phases, Rev. Mod. Phys. 61, 385 (1989).P. J. Collings, The Structures of the Blue Phases, Chapter 18 in Handbook of Liquid Crystals, ed. by J. W. Goodby et al., Wiley-VCH (2014).N. A. Clark, S. T. Vohra, and M. A. Handschy, Elastic Resonance of a Liquid-Crystal Blue Phase, Phys. Rev. Lett. 52, 57 (1984).P. E. Cladis, P. Pieranski, and M. Joanicot, Elasticity of Blue Phase I of Cholesteric Liquid Crystals, Phys. Rev. Lett. 52, 542 (1984).R. N. Kleiman, D. J. Bishop, R. Pindak, and P. Taborek, Shear Modulus and Specific Heat of the Liquid-Crystal Blue Phases Phys. Rev. Lett. 53, 2137 (1984).H. F. Gleeson, R. J. Miller, L. Tian, V. Gortz, and J. W. Goodby, Liquid Crystal Blue Phases: Stability, Field Effects and Alignment, Liquid Crystals 42 , 760 (2015).M. D. A. Rahman, S. M. Said, and S. Balamurugan, Blue Phase Liquid Crystal: Strategies for Phase Stabilization and Device Development, Sci. Technol. Adv. Mater. 16, 033501 (2015).S. Khosla, S. Lal, and A. Devi, Review of Blue Phase Liquid Crystal Devices, AIP Conf. Proc. 2352, 020037 (2020).K. Bagchi, T. EmersiC, J. A. Martinez-Gonzalez, J. J. de Pablo, and P. F. Nealey, Functional Soft Materials From Blue Phase Liquid Crystals, Science Advances 9, eadh9393 (2020).P. V. Dolganov, K. D. Baklanova, and V. K. Dolganov, Peculiarities of Focal Conic Structure Formed Near the Cholesteric-Isotropic Phase Transition, Phys. Rev. E 196, 014703 (2022).К. Д. Бакланова, В. К. Долганов, Е. И. Кац, П. В. Долганов, Последовательность трехмерных (3D), двумерных (2D) и одномерных (1D) структур, образующихся из холестерического жидкого кристалла при изменении хиральности, Письма в ЖЭТФ 117, 537 (2023)C. Blanc, G. Durey, R. D. Kamien, T. Lopez-Leon, M. O. Lavrentovich, and L. Tran, Helfrich-Hurault Elastic Instabilities Driven by Geometrical Frustration, Rev. Mod. Phys. 95, 015004 (2023).С. А. Бразовский, С. Г. Дмитриев, Фазовые переходы в холестерических жидких кристаллах, ЖЭТФ 69, 979 (1975)С. А. Бразовский, В. M. Филев, Критические явления в холестерических жидких кристаллах, ЖЭТФ 75, 1140 (1978)С. М. Стишов, А. Е. Петрова, Термодинамические, упругие и электронные свойства веществ с киральной кристаллической структурой: MnSi, FeSi и CoSi, УФН 193, 614 (2023)С. В. Демишев, Спин-флуктуационные переходы, УФН 194, 23 (2024) [S. V. Demishev, SpinFluctuation Transitions, Phys. Usp. 67, 22 (2024)].H. Grebel, R. M. Hornreich, and S. Shtrikman, Landau Theory of Cholesteric Blue Phases, Phys. Rev. A 28, 1114 (1983).В. А. Чижиков, Анизотропия магнитных фаз кубических гелимагнетиков, ЖЭТФ 159, 656 (2021) [V. A. Chizhikov, Anisotropy of the Magnetic Phases of Cubic Helimagnets, JETP 132, 559 (2021)].E. I. Kats, V. V. Lebedev, and A. R. Muratov, Weak Crystallization Theory, Phys. Rep. 228, 1 (1993).В. Е. Дмитриенко, Голубая фаза жидких кристаллов: рассеяние света и модули упругости, Письма в ЖЭТФ 43, 324 (1986) [V. E. Dmitrienko, Blue Phase of Liquid Crystals: Light Scattering and Elastic Moduli, JETP Lett. 43, 419 (1986)].