Self-assembly of colloidal particles in deformation landscapes of electrically driven layer undulations in cholesteric liquid crystals
本文研究了在垂直于液晶层的电场作用下，胆甾相液晶中胶体颗粒与起伏形变形貌之间的弹性相互作用。波动不稳定性的发生受到胶体夹杂物的存在的影响，反过来，层的波动介导颗粒位置的空间图案。我们发现，周围的胶体颗粒表面的弯曲的dielectric层提示的局部成核的起伏晶格在电场低于已知的液晶没有夹杂物的明确的阈值，并且所得到的晶格的发病局部影响，在尺寸和取向上，由使用激光镊子定义的胶体的初始安排。球形颗粒往往在空间上定位在强烈的扭曲的区域中的纳米层，而胶体纳米线表现出额外的偏好沿各种矢量的起伏晶格的多稳态对齐偏移。超顺磁性胶体颗粒的磁旋转与局部扭曲的螺旋轴和起伏的螺旋层以允许这些颗粒的受控三维平移的方式耦合。这些相互作用模式提供了深入的物理液晶结构胶体弹性相互作用，以及指向引导自组装的可重构胶体复合材料在衍射光学和光子学的潜在应用的方式。
2016-12-02 cond-mat.soft
Shaping boundaries to control and transport topological defects in colloidal nematic liquid crystals
Utrecht University（乌得勒支大学）；Sapienza University of Rome（罗马第一大学）
通过粒子模拟、Landau-de Gennes理论和实验，研究边界地形图案化对二维受限胶体向列相液晶中锚定类型和缺陷态的调控，并数值预测动态变形边界可转化和输运拓扑缺陷。
2026-05-28 cond-mat.soft
Spontaneous Liquid Crystal and Ferromagnetic Ordering of Colloidal Magnetic Nanoplates
铁磁流体是铁磁纳米颗粒在水或有机溶剂中的胶体悬浮液。分散的颗粒是随机取向的，但如果施加磁场，它们的磁矩会对齐，从而产生各种奇异的和有用的磁机械效应。长期以来的兴趣和挑战是使这种悬浮液宏观上是铁磁性的，即在没有场的情况下具有均匀的磁对准。在这里，我们报告了一个流体悬浮液的磁性纳米片，自发地排列成一个平衡的液晶液晶相，也是宏观铁磁性。它的零场磁化产生独特的磁自相互作用效应，包括排列在闭合通量环中的流体块域的液晶纹理，并使该相位高度敏感，即使在地球的磁场中也会急剧改变形状。
2016-02-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Liquid Crystal Colloids
胶体在自然界、科学和技术中非常丰富，从牛奶到量子点和“胶体原子”范例都有。类似地，液晶有序化在从生物膜到宇宙弦的实验室模型和消费设备中的液晶显示器的范围内都很重要。在这两个软物质领域中，一些最令人兴奋的最新进展出现在它们的界面上，即快速发展的液晶胶体研究领域。在这样的系统中的介观尺度自组装可能导致具有从分子有序和纳米或微米颗粒图案化到精确控制的配置中产生的涌现的物理行为的人造材料和结构。液晶胶体在复合材料制备、低维拓扑、光子学等领域有着广阔的应用前景，本文从物理基础出发，综述了这一快速发展的领域的最新研究进展，并重点介绍了它的科学和技术潜力。
2017-12-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Thermal analogue of gimbal lock in a colloidal ferromagnetic Janus rod
我们报道了在磁约束的胶体Janus棒中熵驱动的取向跳跃跃迁。在磁场中，沉积的棒在水平状态和垂直状态之间随机跳跃：后一种状态以大量的重力为代价，而磁势能没有减少。的概率分布在杆的角度表明，外部磁场的存在下，导致从基态分离的有效势垒的亚稳态的出现。这个势垒不是来自势能，而是来自当棒接近垂直状态时，它在相空间中的巨大增益。引起这种效应的旋转自由度的损失是来自经典力学的万向节锁定现象的统计力学模拟。
2015-11-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Capturing the slow relaxation time of superparamagnetic colloids in time-varying fields
该研究通过测量旋转磁场中胶体间的有效势，发现超顺磁胶体存在比以往报道更长的磁弛豫时间，深化了对复杂磁场中胶体磁化机制的理解。
2024-02-09 cond-mat.soft
Viscosity control of the dynamic self-assembly in ferromagnetic suspensions
近年来，对悬浮在液-气或液-液界面上的铁磁胶体的动态自组装研究揭示了从线性蛇到轴对称星状等多种多样的动态结构，这些动态结构表现出伴随着大尺度流体动力学流动的磁有序的新形态。基于控制实验和第一性原理理论，我们认为，从蛇到紫苑的过渡是由悬浮液的粘度，低粘度的液体有利于蛇和更粘，紫苑。通过获得时间平均的纳维-斯托克斯方程的解析解，我们可以深入了解平均流体动力学流动的作用和控制自组装的力的总体平衡。我们的研究结果表明，粘度可以用来控制动态自组装的磁性胶体悬浮液的结果。
2013-04-17 cond-mat.soft
Partitioning the magnetization raises the stability limit of ferromagnetic colloids
Centre for Nano Science and Engineering, Indian Institute of Science（印度科学学院纳米科学与工程中心）；Department of Physics, Indian Institute of Science（印度科学学院物理系）
该研究通过将固定磁矩划分为N个内部单元，在保持远场相互作用不变的同时降低近场对能，使铁磁胶体稳定性极限提高近150倍，开辟了胶体操纵的新机制，可应用于微流控和药物递送。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The most energetically favorable configurations of hematite cube chains
室温下的赤铁矿是一种弱铁磁性物质。它的永久磁化强度比磁铁矿小三个数量级。因此，赤铁矿胶体使我们能够探索不同的物理范围内的粒子相互作用参数相比，普通的铁磁颗粒胶体。本文研究了一种由立方体形状的赤铁矿颗粒组成的胶体。我们用解析和数值方法以及分子动力学模拟来寻找外磁场中能量有利的结构，并分析是否有可能在实验中观察到它们。我们发现，能量有利的配置是观察到的，只有短链。较长的链通常含有扭结，这些扭结是在链形成过程中由于能量和热波动的相互作用而形成的，因为单个立方体可以以相等的概率处于两种排列之一中。
2022-05-23 cond-mat.soft
Anomalous transport of magnetic colloids in a liquid crystal-magnetic colloid mixture
我们报告了一个广泛的分子动力学研究的平移动力学的混合系统组成的偶极软球（DSS），代表铁磁颗粒，悬浮在一个液晶（LC）矩阵。我们观察到，LC矩阵强烈修改的DSS的动态。在各向同性政权，DSS显示出交叉从subdiffusive正常扩散行为在很长一段时间内，随着增加的subdiffusive政权的偶极耦合强度的增加。在非线性体系中，由于LC粒子的集体重取向，LC矩阵对DSS链施加了圆柱形限制。这导致了DSS的扩散动力学沿纵向和亚扩散动力学（与指数$\sim 0.5$）在垂直方向。由LC矩阵提供的限制也反映了由DSS的速度自相关函数的组件在双相的振荡行为。
2018-10-11 cond-mat.soft
Turbulence to order transitions in activity patterned active nematics
本文通过数值模拟研究周期性活性图案对二维活性向列相的影响，发现活性条纹可诱导从湍流到一维湍流再到反铁磁/铁磁有序涡旋的转变，并揭示了活性长度尺度与密度决定湍流转变、图案几何形状决定涡旋有序的机制。
2025-03-10 cond-mat.soft
Director switching dynamics of ferromagnetic nematic liquid crystals
铁磁双极性液晶的成功实现为实验研究一系列全新的基本物理现象开辟了可能性。在这篇文章中，我们提出了一个详细的调查的静态响应和复杂的动态铁磁液晶下的应用程序的外部磁场的某些方面。然后将实验结果与宏观模型进行比较。用光学方法测量了指向矢的动力学，并根据理论宏观模型进行了分析。一个耗散的交叉耦合系数描述两个系统的序参量，磁化强度和磁指向矢之间的动态耦合，需要解释的结果。在这篇文章中，我们研究了这个系数对材料参数和饱和磁化强度和液晶主机的依赖性。尽管该系统的复杂性，理论描述允许正确的解释结果，并连接到胶体悬浮液的几个微观方面。
2018-08-17 cond-mat.soft
Nematic colloidal micro-robots as physically intelligent systems
物理智能微型机器人系统利用嵌入在微型机器人中的信息，它们的胶体货物，以及它们的环境来交互，组装和形成功能结构。非线性各向异性流体，如非线性液晶（NLC），通过其拓扑缺陷，复杂的弹性响应及其在动态环境中显着重构的能力，提供了嵌入相互作用的尚未开发的机会。在这里，我们设计和制造了一个4臂铁磁微型机器人嵌入和动态重新配置信息的磁导向器字段，产生一套物理交互货物操纵。微型机器人的形状和表面化学被设计成在该领域中生成一个线虫弹性能量景观，该领域定义了与被动胶体的多种涌现、自下而上的相互作用模式。微型机器人旋转扩展了雕刻交互的能力;旋转微型机器人周围的能量景观由微型机器人的同伴拓扑缺陷的复杂的远离平衡的动力学动态地重新配置。这些缺陷动态允许将瞬态信息编程到域中并用于自上而下的货物操纵。我们展示了强大的微型机器人操作策略，利用这些不同模式的线虫弹性相互作用，实现货物对接，运输，释放和组装复杂的可重构结构在多个稳定的网站。这种结构对液晶基先进光学器件的发展和各向异性环境下的微制造具有重要意义。
2022-03-26 cond-mat.soft
Self-replication with magnetic dipolar colloids
胶体自复制是软物质物理学中一个令人兴奋的前沿研究领域。目前，所有报道的自我复制方案都涉及用刺激响应分子涂覆胶体颗粒以允许可切换的相互作用。在本文中，我们介绍了一个计划，使用铁磁偶极胶体和预编程的外部磁场，以创建一个自主的自我复制系统。粒子间偶极-偶极力和周期性变化的弱-强磁场协同作用，将胶体单体从溶质驱动到模板上，将它们结合成复制品，并溶解模板复合物。我们提出了三个一般的设计原则，自主的线性复制，来自一个最低限度的球二聚体磁性系统，其中单个结合位点允许形成二聚体模板的集中研究。我们通过统计模型和计算机模拟表明，我们的系统表现出非线性增长的模板，并产生近指数增长（低错误率）后，添加一个优化的竞争静电势。我们设计的实验策略，构建所需的磁性胶体的基础上记录的实验室技术。我们还提出了利用磁性胶体构建更复杂的自我复制结构的定性想法。
2015-11-06 cond-mat.soft nlin.AO
Effective Landau theory of ferronematics
一个有效的朗道式描述的铁，即，磁性胶体粒子在非线性液晶中的悬浮液，根据相应的磁化强度和非线性指向矢场发展起来。该研究是基于微观模型和经典的密度泛函理论。铁磁体易受弱磁场的影响，并且它们可以表现出铁磁相，这在几十年前就已经被预测到，并且最近在实验上被发现。在所提出的有效朗道理论中，亚铁硫酮具有定量的途径，例如，磁性胶体的磁化强度和NLC的磁指向矢之间的耦合。在介观长度尺度上，这会产生复杂的响应模式。
2018-05-18 cond-mat.soft
Using Thermal Ratchet Mechanism to Achieve Net Motility in Magnetic Microswimmers
热棘轮可以从随机波动中提取有用功。这在分子尺度上是常见的，例如马达蛋白，并且也已用于实现微流体装置中的定向运输。在这项工作中，我们使用棘轮原理，以诱导净运动在外部供电的磁性胶体，否则显示往复（来回）运动。该实验系统是基于铁磁微螺旋驱动的振荡磁场，通过不对称的驱动时间尺度的倒易对称性被打破。游泳者表现出净运动性与增强的扩散率，与数值计算一致。这种新型的微尺度、磁动力、活性胶体可以提供一个有前途的实验平台来模拟自然界中的各种活性物质现象。
2022-05-10 cond-mat.soft
Microgels at interfaces behave as 2D elastic particles featuring reentrant dynamics
软胶体越来越多地被用作模型系统，以解决基本问题，如结晶和玻璃和堵塞转变。在可用的软胶体类别中，微凝胶正在成为黄金标准。由于其巨大的内部复杂性使得其理论表征非常困难，微凝胶通常在线性弹性理论的简单框架内建模，至少在小变形状态下。在这里，我们表明，存在的条件下，其有效性的范围可以大大扩展，提供了强有力的数值证据表明，吸附在界面上的微凝胶遵循二维赫兹理论，因此表现得像二维弹性颗粒，非常大的变形，在形成鲜明对比，发现在散装条件。我们也能够估计的杨氏模量的单个颗粒，并通过比较它与其对应的散装条件下，我们证明了一个显着的硬化的聚合物网络在界面处。最后，通过分析动力学性质，我们预测了多重重入现象：通过颗粒密度的连续增加，微凝胶首先被捕，然后再流化，由于其扩展的电晕的高穿透性。我们观察到这种异常的行为在一系列的实验条件下，小的和松散的交联微凝胶。因此，本工作建立了微凝胶在界面作为一个新的模型系统的基础研究，铺平了道路的实验合成和独特的高密度liquidlike状态的研究。此外，这些结果可以指导开发新的组装和图案化策略的表面和设计的新材料与所需的界面行为。
2020-07-21 cond-mat.soft
Microgels Adsorbed at Liquid-Liquid Interfaces: A Joint Numerical and Experimental Study
软颗粒相对于硬胶体显示出高度通用的性质，在流体-流体界面处更是如此。特别地，由交联聚合物网络组成的微凝胶由于表面张力和内部弹性之间的平衡而能够在界面处吸附时变形和变平。尽管存在实验结果，但由于缺乏适当的微观模型，仍然缺乏对这种现象的详细理论理解。在这项工作中，我们提出了一个先进的建模微凝胶在平坦的水/油界面。该模型建立在一个现实的描述的内部聚合物结构和单颗粒特性的微凝胶，并能够再现其实验观察到的形状在界面处。补充分子动力学模拟与原位低温电子显微镜实验和原子力显微镜成像后，Langmuir-Blodgett沉积，我们比较的微凝胶的形态为不同的值的交联比。我们的模型允许在流体界面处对软颗粒进行系统的微观调查，这对于在广泛的应用中使用微凝胶开发预测能力至关重要，包括智能乳液的稳定和表面的多功能图案化。
2019-04-05 cond-mat.soft
Effective models for nematic liquid crystals composites with ferromagnetic inclusions
双折射液晶的分子对外加磁场的反应是沿着磁场的方向重新定向。由于液晶的介电各向异性很小，因此需要相对较大的场来引起显著的液晶响应。如Brochard和de Gennes在1970年提出的，这种相互作用可以在铁磁颗粒在液晶基质中的胶体悬浮液中得到增强。这些粒子与磁场对齐的能力，同时引起磁性分子的重新取向，大大增加了混合物的磁响应。基本上，颗粒提供了通过表面锚定与液晶相互作用的易磁化轴。我们推导出铁磁在稀极限下的有效能量的表达式，即当粒子数趋于无穷大而它们的总体积分数趋于零时。混合物的总能量被假定为体弹性液晶贡献、液晶在颗粒表面上的锚定能量以及颗粒与所施加的磁场之间的相互作用的磁能的总和。均匀化的极限铁磁能量得到严格使用变分方法。它概括了以前在物理文献中报道的正式表达式。
2013-01-16 cond-mat.soft math.AP
Design of nematic liquid crystals to control microscale dynamics
几个世纪以来，小颗粒的动力学一直吸引着科学家，无论是像游泳细菌这样的生物还是像胶体球这样的无生命的。如果人们能够学会如何控制和简化它们的混沌运动，这将在将储存或环境能量转化为系统运动、微型机器人技术和微尺度物质运输等领域开辟技术机会。本文介绍了一种控制微尺度动力学的方法，即用各向异性流体（液晶液晶）代替各向同性介质（如水）。取向有序导致新的动力学效应，如粒子状孤立波的传播。这些效应中的许多仍在等待其详细的数学描述。通过使用等离子体超掩模光对准，可以将无生命指向矢图案化为预先设计的结构，该结构通过液晶使能的非线性电动力学来控制无生命粒子的动力学。此外，液晶的等离子体图案化允许人们控制游动细菌的动力学，引导它们的轨迹、游动的极性和在空间中的浓度。图案化的指向矢设计也可以扩展到液晶弹性体，在这种情况下，指向矢梯度限定弹性体涂层的动态轮廓。其中一些系统形成了探索失衡活性物质的实验场，在这些系统中，活性水平、取向有序度和排列模式都可以相互独立地控制。
2020-07-04 cond-mat.soft
Magnetically driven in-plane modulation of the 3D orientation of vertical ferromagnetic flakes
已知外部磁场可以吸引磁响应胶体颗粒并对其进行定向。在2D微片的情况下，旋转磁场通常用于以砖和砂浆的方式使它们彼此平行地取向。由于这种微观结构，所得复合材料实现了增强的机械和功能特性。然而，具有复杂几何形状的零件需要在3D中对它们的微观结构进行专门的调整和局部控制。尽管已经使用磁取向结合顺序或连续铸造证明了微结构沿垂直方向的可调性，但以快速有效的方式控制水平面中的颗粒取向仍然具有挑战性。在这里，我们建议使用旋转磁阵列来控制分布在未固化的聚合物基体中的铁磁性镍薄片的面内取向。我们实验研究了响应于在不同频率和旋进角的磁体旋转的薄片的取向。然后，我们使用COMSOL模型的磁场从旋转的磁性阵列，并预测所得的面内取向。为了验证这种方法，我们创建了具有局部取向薄片的复合材料。这项工作可以启动逆向工程方法来设计复杂几何形状的复合材料的结构或功能应用的微观结构。
2021-12-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Phase behavior of blocky charge lattice polymers: Crystals, liquids, sheets, filaments and clusters
基于内在无序蛋白质（IDP）在细胞内凝聚成液体状液滴的想法，我们对聚合物晶格模型进行了蒙特卡罗模拟，研究了电荷模式与相分离之间的关系.含有中性、带正电荷和带负电荷的单体的聚合物链被放置在立方晶格上。仅考虑电荷之间的最近邻相互作用。我们确定了一组系统变化的序列的相图。我们观察到均匀的流体，液体冷凝，集群阶段，细丝，和晶体状态。在我们研究的六个序列中，有三个在低温下形成晶体。其他三个序列，具有较低的电荷密度，而不是崩溃成凝胶状网络或不连接的有限集群。沿着序列的较长的中性斑块在空间上限制了低能结构的大小和形状，这类似于吸引胶体中的电荷或有限价的效果。只有一个序列清楚地表现出液体的行为，这个序列有一个减少的趋势，单独折叠和结晶相比，其他类似的电荷密度，并提请平行于真正的IDP行为。
2019-12-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Focal Conic Flower Textures at Curved Interfaces
近晶A型液晶中的焦锥畴（FCD）因其精细的内部结构和引导微米和纳米材料以各种图案组装的能力而引起人们的广泛关注。引导FCD组装的关键是控制域的偏心率。在这里，我们展示了一个新的范例，用于创建空间变化的FCD偏心率限制的混合对齐近晶与弯曲的接口。特别是，我们操纵界面行为与胶体粒子，以实验产生两个例子，最近被称为花纹理，其中的焦点双曲线发散径向向外的纹理中心，而不是向内的典型eventail或风扇纹理。我们解释了这种非常规的组装可以产生适当弯曲的接口。最后，我们提出了一个模型，适用于该系统的法律相应的锥，显示如何FCD可以顺利嵌入在一个“背景纹理”的大型FCD和同心球层，在与近晶花的定性特征相一致的方式。这种理解可能会导致显示器以外的破坏性液晶技术，包括图案化，智能表面，微透镜阵列，传感器和纳米制造。
2013-10-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Topological active matter
活性物质包括不同的非平衡系统，其中单个组分将能量转化为非保守力或微观尺度的运动。本文通过实验相关的例子，初步介绍了拓扑学在活性物质中的作用。在这里，重点在于拓扑缺陷和拓扑保护的边缘模式，强调他们在活跃的媒体中获得的独特属性。这些典型的例子代表了两类物理上不同的现象，它们的鲁棒性可以追溯到一个共同的数学起源：拓扑不变量的存在。这些不变量通常是不能通过相关序参量或下层介质的物理参数的连续变形而改变的整数。我们首先解释的机制，拓扑缺陷自我推进和增殖活跃的向列相，导致集体状态，可以操纵的几何形状和图案。主动微流体和生物组织的可能影响。然后，我们说明了波在活跃的流体和固体中的传播是如何受到拓扑不变量的存在，其色散关系的特点。我们讨论了这些想法的机器人超材料的设计和活性颗粒和胶体系统的属性的相关性。开放的理论和实验的挑战，作为未来的研究前景。
2021-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
