В рамках доклада будут обсуждаться особенности поведения жидких кристаллов (ЖК), помещенных в переменное электрическое поле, при этом главное внимание будет уделено рассмотрению динамики нематических ЖК (НЖК) систем. Как известно, что жидкие кристаллы представляют собой уникальный класс веществ, состоящих из молекул сложной формы: вытянутых, дискообразных, киральных, благодаря чему эти вещества при изменении температуры (термотропные ЖК) или концентрации вещества в растворителе (лиотропные ЖК) переходят из твердого состояния в жидкое через промежуточные фазы, - так называемые мезофазы. Механические и симметрийные свойства таких мезофаз – жидкокристаллических фаз веществ - являются промежуточными между свойствами обычных твердых кристаллов и изотропной жидкостью. ЖК относятся к «мягким» системам, представляющим собой особый класс конденсированных сред. «Мягкое» состояние вещества характеризуется сильным откликом на внешнее воздействие (механические, электрическое, магнитное). Очевидно, что динамика ЖК фаз оказывается сложнее и богаче, чем динамика обычных жидкости или кристалла, а сильный отклик на внешние воздействия открывает простор для изучения нелинейных эффектов в ЖК.
В докладе будет дан обзор различных неустойчивостей, наблюдающихся в нематических ЖК, помещенных во внешнее электрическое поле. Наиболее подробно будут рассмотрены разные типы флексоэлектрических неустойчивостей. Полезно напомнить, что флексоэлектрический эффект заключается в появлении электрической поляризации в образце НЖК в результате изгиба и закручивания нематического директора. Однако, для рассмотрения динамических неустойчивостей в НЖК, помещенных в переменное внешнее поле, необходимо иметь общетеоретический подход к решению таких задач. В докладе будет кратко изложен метод разработки такого подхода по материалам публикации [
Нелинейная электро-гидродинамика жидких кристаллов. Е.С. Пикина, А.Р. Муратов, Е.И. Кац, В.В. Лебедев,
ЖЭТФ, 163(1), 129-142 (2023)], где была выведена полная система нелинейных динамических уравнений для нематических и смектических ЖК, включающая все мягкие (гидродинамические) степени свободы системы, связанные с общими законами сохранения и нарушениями непрерывной симметрии, и учитывающая возможность наличия гидродинамической скорости у вещества. После чего будет сформулировано линейное приближение для построенной нелинейной системы в случае нематического жидкого кристалла, полученное путем линеаризации нелинейной системы по малым отклонениям полей от начального равновесного однородного состояния, и обсуждено исследование устойчивости начального однородного распределения нематического директора в переменном электрическом поле по материалам работы [
Dynamic flexoelectric instabilities in nematic liquid crystals. E.S. Pikina, E.I. Kats, A.R. Muratov and V.V. Lebedev,
arXiv preprint arXiv:2403.08325 (2024)]. Главным результатом данного исследования явилось обнаружение нового типа неустойчивости (никогда не обсуждаемой ранее), а именно возможности возникновения двумерной модулированной структуры, осциллирующей со временем. Этот эффект особенно замечателен тем, что представляет собой волновое движение в диссипативной системе, которой и является нематический жидкий кристалл, помещенный в переменное электрическое поле. В заключение будет сказано о текущей ситуации с рассмотрением общего нелинейного подхода.