Magneto-orientation response of ferronematic with a tilted orientation of the director and magnetization
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2021-2-48-58Keywords:
liquid crystal, ferronematic, orientational transitions, magnetic particlesAbstract
The article considers orientational transitions induced by a magnetic field in a highly dispersed suspension of ferromagnetic particles in a nematic liquid crystal – ferronematic. We research the case when, in the absence of an external magnetic field between the directions of the liquid crystal director and magnetization of the impurity particles, a constant pretilt angle is maintained, and the coupling of the liquid crystal molecules to the surface of the ferroparticles is assumed to be soft and planar. An example of such an impurity is ferromagnetic carbon nanotubes magnetized at a certain angle to their long axes. On the basis of the continuum theory, the equilibrium values of the orientation angles of the liquid crystal director and magnetization are calculated for different values of the pretilt angle. The results of calculations are compared with the previously considered case of planar coupling between the director and magnetization. Analytical expressions are obtained for determining the orientational and magnetic structure of the ferronematic in the case of weak magnetic fields. The magnetization of the ferronematic is studied for different values of the pretilt angle.References
Bisoyi H. K., Kumar S. Liquid-crystal nanoscience: an emerging avenue of soft self-assembly. Chemical Society Reviews, 2011, vol. 40, pp. 306–319. DOI: 10.1039/b901793n
Draper M., Saez I. M., Cowling S. J., Gai P., Heinrich B., Donnio B., Guillon D., Goodby J. W. Self-Assembly and Shape Morphology of Liquid-Crystalline Gold Metamaterials. Advanced Functional Materials, 2011, vol. 21, pp. 1260–1278. DOI: 10.1002/adfm.201001606
Stamatoiu O., Mirzaei J., Feng X., Hegmann T. Nanoparticles in Liquid Crystals and Liquid Crystalline Nanoparticles. Topics in Current Chemistry, 2012, vol. 318, pp. 331–394. DOI: 10.1007/128_2011_233
Lisetski L., Soskin M., Lebovka N. Carbon Nanotubes in Liquid Crystals: Fundamental Properties and Applications. Physics of Liquid Matter: Modern Problems, Springer Proceedings in Physics, 2015, vol. 171, pp. 243–297. DOI: 10.1007/978-3-319-20875-6_10
Reznikov Y., Glushchenko A., Garbovskiy Y. Ferromagnetic and ferroelectric nanoparticles in liquid crystals / In: Lagerwall P. F. J., Scalia G. (Ed.) Liquid Crystals with Nano and Microparticles. World Scientific Publishing Co., 2016, pp. 657–693.
DOI: 10.1142/9789814619264_0019
Yadav S. P., Singh S. Carbon Nanotube Dispersion in Nematic Liquid Crystals: An Overview. Progress in Materials Science, 2016, vol. 80, pp. 38–76. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2015.12.002
Muševic I. Nematic Liquid-Crystal Colloids. Materials, 2018, vol. 11, no. 1, 24. DOI: 10.3390/ma11010024
Ingo Dierking. From colloids in liquid crystals to colloidal liquid crystals. Liquid Crystals, 2019, vol. 46, no. 13–14, pp. 2057–2074. DOI: 10.1080/02678292.2019.1641755
Chang C., Zhao Y., Liu Y., An L. Liquid crystallinity of carbon nanotubes. RSC Advances, 2018, vol. 8, no. 28, pp. 15780–15795. DOI: 10.1039/c8ra00879e
Chausov D.N., Kurilov A.D., Belyaev V.V. Liquid crystal nanocomposites doped with rare earth elements. Liquid Crystals and their Application, 2020, vol. 20, no. 2, pp. 6–22. DOI: 10.18083/LCAppl.2020.2.6 (in Russian)
Brochard F., de Gennes P. G. Theory of magnetic suspensions in liquid crystals. Journal de Physique, 1970, vol. 31, no. 7, pp. 691–708. DOI: 10.1051/jphys:01970003107069100
Podoliak N., Buchnev O., Buluy O., Giampaolo D’Alessandro, Kaczmarek M., Reznikov Y., Sluckin T. J. Macroscopic optical effects in low concentration ferronematics. Soft Matter, 2011, vol. 7, no. 10, pp. 4742–4749. DOI: 10.1039/c1sm05051f
Burylov S., Petrov D., Lacková V., Zakutanská K., Burylova N., Voroshilov A., Skosar V., Agresti F., Kopčanský P., Tomašovičová N. Ferromagnetic and antiferromagnetic liquid crystal suspensions: Experiment and theory. Journal of Molecular Liquids, 2021, vol. 321, 114467. DOI: 10.1016/j.molliq.2020.114467
Liu Q., Ackerman P. J., Lubensky T. C., Smalyukh I. I. Biaxial ferromagnetic liquid crystal colloids. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2016, vol. 113, pp. 10479–10484. DOI: 10.1073/pnas.1601235113
Zakhlevnykh A. N., Petrov D. A. Weak coupling effects and reentrant transitions in ferronematic liquid crystals. Journal of Molecular Liquids, 2014, vol. 198, pp. 223–233. DOI: 10.1016/j.molliq.2014.06.028
Makarov D. V., Zakhlevnykh A. N. Tricritical phenomena at the Fréedericksz transition in ferronematic liquid crystals. Physical Review E, 2010, vol. 81, no. 5, 051710. DOI: 10.1103/PhysRevE.81.051710
Porte G., Jadot J. P. A phase transition-like instability in static samples of twisted nematic liquid crystal when the surfaces induce tilted alignments. Journal de Physique, 1978, vol. 39, no. 2, pp. 213–223. DOI: 10.1051/jphys:01978003902021300
Blinov L. M., Chigrinov V. G. Electrooptic Effects in Liquid Crystal Materials. New York: Springer-Verlag, 1994. 464 p. DOI: 10.1007/978-1-4612-2692-5
Buluy O., Nepijko S., Reshetnyak V., Ouskova E., Zadorozhnii V., Leonhardt A., Ritschel M., Schöonhense G., Reznikov Y. Magnetic sensitivity of a dispersion of aggregated ferromagnetic carbon nanotubes in liquid crystals. Soft Matter, 2011, vol. 7, no. 2, pp. 644–649. DOI: 10.1039/C0SM00131G
Komogortsev S. V., Iskhakov R. S., Balaev A. D., Kudashov A. G., Okotrub A. V., Smirnov S. I. Magnetic properties of Fe3C ferromagnetic nanoparticles encapsulated in carbon nanotubes. Physics of the Solid State, 2007, vol. 49, pp. 734–738. DOI: 10.1134/S1063783407040233
Lynch M. D., Patrick D. L. Organizing carbon nanotubes with liquid crystals. Nano Letters, 2002, vol. 2, no. 11, pp. 1197–1201. DOI: 10.1021/nl025694j
Jeong H. S., Youn S. Ch., Kim Y. H., Jung H.-T. Orientation control of liquid crystals using carbon-nanotube–magnetic particle hybrid materials. Physical Chemistry Chemical Physics, 2013, vol. 15, no. 24, pp. 9493-9497. DOI: 10.1039/C3CP00052D
Scalia G. Alignment of Carbon Nanotubes in Thermotropic and Lyotropic Liquid Crystals. ChemPhysChem, 2010, vol. 11, no. 2, pp. 333–340. DOI: 10.1002/cphc.200900747
Burylov S. V., Raikher Yu. L. Macroscopic properties of ferronematics caused by orientational interactions on the particle surfaces. II. Behavior of real ferronematics in external fields. Molecular Crystals and Liquid Crystals, 1995, vol. 258, pp. 123–141. DOI: 10.1080/10587259508034553
Kopčanský P., Tomašovičová N., Timko M., Koneracká M., Závišová V., Tomčo L. and Jadzyn J. The sensitivity of ferronematics to external magnetic fields // Journal of Physics: Conference Series, 2010, vol. 200, 072055. DOI: 10.1088/1742-6596/200/7/07205
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Автор предоставляет Издателю журнала (Пермский государственный национальный исследовательский университет) право на использование его статьи в составе журнала, а также на включение текста аннотации, полного текста статьи и информации об авторах в систему «Российский индекс научного цитирования» (РИНЦ).
Автор даёт своё согласие на обработку персональных данных.
Право использования журнала в целом в соответствии с п. 7 ст. 1260 ГК РФ принадлежит Издателю журнала и действует бессрочно на территории Российской Федерации и за её пределами.
Авторское вознаграждение за предоставление автором Издателю указанных выше прав не выплачивается.
Автор включённой в журнал статьи сохраняет исключительное право на неё независимо от права Издателя на использование журнала в целом.
Направление автором статьи в журнал означает его согласие на использование статьи Издателем на указанных выше условиях, на включение статьи в систему РИНЦ, и свидетельствует, что он осведомлён об условиях её использования. В качестве такого согласия рассматривается также направляемая в редакцию справка об авторе, в том числе по электронной почте.
Редакция размещает полный текст статьи на сайте Пермского государственного национального исследовательского университета: http://www.psu.ru и в системе OJS на сайте http://press.psu.ru
Плата за публикацию рукописей не взимается. Гонорар за публикации не выплачивается. Авторский экземпляр высылается автору по указанному им адресу.
