Топологические особенности в тактоидной нематической фазе

Цель исследования. Иллюстрация роли точечных поверхностных топологических дефектов в нематиках в фазовых переходах на примере неорганических золей пятиокиси ванадия в воде V₂O₅/H₂O. Методы. На основе измерений поляризационной оптической микроскопии и теоретически в рамках модели Ландау - де Жена и модели дефектов Киббла - Журека оценивается влияние точечных топологических особенностей на поверхности нематических коллоидов лиотропных жидких кристаллов, в частности неорганических золей системы V₂O₅/H₂O, на их критические термодинамические, электрические, оптические, упругие и механические свойства. Для системы V₂O₅/H₂O анализируются разработанные модели нематических коллоидных фаз с нетривиальной топологией, состоящих из веретенообразных частиц, в которых классифицируются их топологические дефекты; рассматриваются геометрические параметры нематических частиц в динамике и эволюции в зависимости от физико-химических условий, критерии устойчивости фаз, условия слияния частиц, в том числе при воздействии внешнего магнитного поля, а также экспериментальные наблюдения, подтверждающие предложенные теории и модели. Результаты. С учетом режима коалесценции оценен критический размер коллоидной частицы системы V₂O₅/H₂O ~ 10 нм в направлении длинной оси, при котором величина магнитной энергии равна сумме упругой и поверхностной энергии коллоидной частицы. Заключение. Подтверждается, что необходимым условием коалесценции частиц золей системы V₂O₅/H₂O в магнитном поле является аннигиляция точечных топологических дефектов на их полюсах, установлен геометрический критерий коалесценции частиц в магнитном поле на основе различных теорий их поверхностных дефектов

The purpose research of the work is to illustrate the role of point surface topological defects in nematics in phase transitions using the example of inorganic sols of vanadium pentoxide in water V₂O₅/H₂O. Methods. Basing on the measurements on polarization light microscopy and theoretically, in frames of the Landau - de Gennes model and the Kibble-Zurek model for defects, the influence of point topological defects at the surface of nematic colloid of lyotropic liquid crystals, in particular, in inorganic sols of the V₂O₅/H₂O system, on their critical thermodynamic, electric, optical, elastic and mechanical properties is estimated. For the system V₂O₅/H₂O, we study the developed models of nematic colloid phases with non-trivial topology composed of spindle-shaped particles, in which their topological defects are classified; geometrical parameters of nematic particles in dynamics and evolution depending on physicochemical conditions, phase stability criteria, conditions for coalescence of particles, including, under external magnetic field, and also, experimental observations confirmed the proposed theories and models, are considered. Results. With a glance of coalescence regime, the critical size of a colloid particle of the system V₂O₅/H₂O, ~ 10 nm in the long axis direction, in which the value of magnetic energy equals to the sum of elastic and surface energy of a colloid particle, is estimated. Conclusion. We confirmed, that the prerequisite of sol particle coalescence in the system V₂O₅/H₂O in the magnetic field is annihilation of the point topological defects at their poles, the geometrical criterion of tactoid coalescence in magnetic field is established basing on the different theories of their surface defects.