Метод оптической молекулярной генерации локализованных хиральных структур в фотоактивных жидкокристаллических пленках

Проанализированы метод создания оптической схемы и принцип использования фотоактивных образцов хиральных нематических жидких кристаллов для оптической молекулярной генерации локализованных хиральных структур. Показано, что в зависимости от мощности лазерного УФ-пучка возможно существование двух различных статичных локализованных хиральных структур размером порядка 25 и 10 мкм. Показаны процессы реконфигурации локализованных хиральных жидкокристаллических структур друг в друга и в полностью фрустрированное состояние пленки хирального нематического жидкого кристалла. Эти локализованные структуры могут применяться в качестве миниатюризированных перестраиваемых оптических элементов для фокусировки и структурирования проходящих световых пучков.  

1. Hamdi R. et al. Liquid crystal bubbles forming a tunable micro-lenses array // J. Appl. Phys. 2011. Vol. 110, N 7.

2. Yang B., Brasselet E. Arbitrary vortex arrays realized from optical winding of frustrated chiral liquid crystals // J. Opt. (United Kingdom). 2013. Vol. 15, N 4. P. 1—5.

3. Hess A. J. et al. Control of Light by Topological Solitons in Soft Chiral Birefringent Media // Phys. Rev. X. 2020. Vol. 10, N 3. P. 32—40.

4. Ackerman P. J., Qi Z., Smalyukh I. I. Optical generation of crystalline, quasicrystalline, and arbitrary arrays of torons in confined cholesteric liquid crystals for patterning of optical vortices in laser beams // Phys. Rev. E – Stat. Nonlinear, Soft Matter Phys. 2012. Vol. 86, N 2. P. 1—14.

5. Ackerman P. J. et al. Plasmon-Exciton Interactions Probed Using Spatial Coentrapment of Nanoparticles by Topological Singularities // ACS Nano. 2015. Vol. 9, N 12. P. 12392—12400.

6. Evans J. S. et al. Optical generation, templating, and polymerization of three-dimensional arrays of liquid-crystal defects decorated by plasmonic nanoparticles // Phys. Rev. E - Stat. Nonlinear, Soft Matter Phys. 2013. Vol. 87, N 3. P. 1—14.

7. Sohn H. R. O. et al. Dynamics of topological solitons, knotted streamlines, and transport of cargo in liquid crystals // Phys. Rev. E. American Physical Society. 2018. Vol. 97, N 5.

8. Haas W. E. L., Adams J. E. Electrically variable diffraction in spherulitic liquid crystals // Appl. Phys. Lett. 1974. Vol. 25, N 5. P. 263—264.

9. Kawachi M., Kogure O., Kato Y. Bubble domain texture of a liquid crystal // Jpn. J. Appl. Phys. 1974. Vol. 13. Р. 1457. DOI:10.1143/jjap.13.1457.

10. Ackerman P. J., Smalyukh I. I. Diversity of knot solitons in liquid crystals manifested by linking of preimages in torons and hopfions // Phys. Rev. X. 2017. Vol. 7, N 1. P. 1—27.

11. Smalyukh I. I. et al. Three-dimensional structure and multistable optical switching of triple-twisted particle-like excitations in anisotropic fluids // Nat. Mater. Nature Publishing Group. 2010. Vol. 9, N 2. P. 139—145.

12. Loussert C., Brasselet E. Multiple chiral topological states in liquid crystals from unstructured light beams // Appl. Phys. Lett. 2014. Vol. 104, N 5.

13. Loussert C. et al. Subnanowatt Opto-Molecular Generation of Localized Defects in Chiral Liquid Crystals To cite this version // Advanced Material. 2014. Vol. 26. P. 4242—4246.

14. Orlova T. et al. Revolving supramolecular chiral structures powered by light in nanomotor-doped liquid crystals // Nat. Nanotechnol. Springer US. 2018. Vol. 13, N 4. P. 304—308.

15. Kim Y., Tamaoki T. Photoresponsive Chiral Dopants: Light-Driven Helicity Manipulation in Cholesteric Liquid Crystals for Optical and Mechanical Functions // ChemPhotoChem. 2019. Vol. 3. P. 284—303.

16. Dierking I. Textures of Liquid Crystals. John Wiley & Sons, 2003. 233 р.

17. Papič M. et al. Topological liquid crystal superstructures as structured light lasers // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2021. Vol. 118, N 49. DOI:10.1073/pnas.2110839118.