中国科大揭示液晶斯格明子拓扑结构转换驱动胶体自组装新机制-人工智能-PHP中文网

中国科大揭示液晶斯格明子拓扑结构转换驱动胶体自组装新机制

雪夜

发布： 2025-02-27 21:30:01

原创

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中国科学技术大学、香港科技大学科研团队合作，利用向列相液晶成功实现了光驱动下斯格明子拓扑结构的转换，并观测到胶体颗粒的独特自组装行为。研究成果发表于《自然通讯》。

该团队利用光场驱动，在非平衡态下，实现了斯格明子及其分数态（半斯格明子、半双半子）间的结构转换。实验中，带有拓扑缺陷的胶体颗粒在转换过程中展现出动态的自组装特性，类似于“舞蹈”。这一发现为利用凝聚态材料中非平衡态斯格明子操控胶体颗粒提供了新途径。

斯格明子，一种具有拓扑保护的三维孤子，在多种物理系统中受到广泛关注，其潜在应用包括下一代数据存储等。研究团队前期工作已在液晶体系中实现了光驱动下三维拓扑结构的转换及操控。

本研究中，团队发现当两种不兼容的拓扑模式间距超过阈值时，会形成一种具有周期性结构的三维半斯格明子。这种半斯格明子具有四种不同的拓扑结构。光驱动下，斯格明子拓扑结构会按特定顺序转换。处于斯格明子中的胶体颗粒表现出胶体偶极子特性，其自组装结构会随着斯格明子拓扑结构的转变而发生可控变化，呈现出kink、coil和旋转等形态。此外，团队还制备了环状斯格明子，并观察到胶体颗粒在其收缩和扩张过程中的运动。最终，团队成功制备了具有特定形状（例如“HKUSTC”字样）的斯格明子结构，并观测到相应的胶体自组装结构。

这项研究精确控制了斯格明子的结构和运动，并利用其操控胶体颗粒的自组装和传输，为凝聚态物理和智能胶体复合材料研究提供了新的方向。