témavezető: Varga Szabolcs
helyszín (magyar oldal): PE Fizika és Mechatronika Intézet helyszín rövidítés: FMI
A kutatási téma leírása:
A kutatási téma ismertetése:
Az utóbbi évek kísérleti kutatásai kimutatták, hogy a folyadékkristályok (LC) tömbfázisát alkotó részecskék mérete, alakja, kiralitása és polárossága nagyon fontos szerepet játszik a mezofázisok stabilitásában. Köztudott, hogy részecskék hosszúkás rúd, vagy lapos tányérszerű alakja felelős mind az orientációs (nematikus) rendeződés, mind pedig a térbeli (szmektikus, oszlopos, stb…) rendeződés stabilizálásáért. Továbbá a molekuláris kiralitás csavart szerkezetet idézhet elő, míg a polárosság pedig az anyag ferroelektromos tulajdonságaiért tehető felelőssé. A döntött szerkezetű mezofázisok (pl. szmektikus C fázis) pedig különböző mikroszkopikus tulajdonságok kombinált hatásaként jöhet létre.
Az anizotróp taszító erők fontossága a nematikus, a szmektikus, az oszlopos stb.. LC fázisok létezésében mér eléggé jól tisztázott mind az elméletek, mind pedig a kísérletek alapján. Vannak azonban olyan LC fázisok, amelyekben a részecskék közti merev taszító kölcsönhatások szerepe máig sem tisztázott. Ilyen pl. a felületaktív anyagok molekuláinak bonyolult alakjából származó kizáródási taszító erők fázisegyensúlyokra gyakorolt hatása. Az ilyen anyagok molekulái poláros fej és apoláris farok részből állnak. Nagy sűrűségen a felületaktív molekulák rendszere is képes olyan LC fázisokat képezni, amelyben a molekulák nagyon szorosan helyezkednek el egymás mellett. Ilyen esetekben nyilván a taszító erők szerepe sem hanyagolható el. Ennek vizsgálatára egy olyan merevtest modellt alkalmazunk, amelyben a molekula poláros fejrészét merev gömbnek, míg a farok részt egy hosszú hengernek tételezzük. Az ilyen testekből álló rendszerek fázistulajdonságait klasszikus sűrűségfunkcionál-elmélet segítségével vizsgáljuk. Számítások segítségével tisztázni próbáljuk a szmektikus fázisok fej és farok méretétől való függését. Továbbá keressük a döntött réteges szerkezetek (szmektikus C fázis) stabilizálásának lehetőségét is. A számításokat különféle terner elegyekre is ki kívánjuk terjeszteni.
A molekuláris kiralitás legegyszerűbb makroszkopikus megnyilvánulása a nematikus fázisban előidézett csavart szerkezet. A csavaródás lehet akár elektrosztatikai jellegű, de a molekula királis geometriájából is származhat. E tekintetben a kutatásaink révén arra kívánunk választ kapni, hogy a fenti két kiralitás milyen szerepet játszik a nematikus rétegek elcsavaródásában. A különböző tulajdonságok szerepének tisztázása után, az elméleti számolásokat valós rendszerekre is ki szeretnénk terjeszteni.
A poláros folyadékkristályokban a szokványos rendeződések mellett a dipólmomentumok is rendeződhetnek egy irányba. Így a különböző mezofázisok ferroelektromosak is lehetnek. A ferroelektromosság létrejöhet dipoláris gömbök, de nem túl nagy molekuláris nyújtottság esetén hengerek rendszerében is. A réteges rendeződést mutató fázisokban a helyzet bonyolultabb, mivel a dipólusnak és a molekula hossztengelye által bezárt szögnek jelentős szerepe van. Ehhez kapcsolódóan a dipólus dőlésszögének hatását vizsgálnánk nematikus és szmektikus fázisokban.
A fent leírt projektre pályázó jelölt feladata lenne mind a három molekuláris tulajdonságnak (taszítás, polárosság és kiralitás) a mezofázisok tömbfázis-tulajdonságaira és különböző fázisátalakulásokra gyakorolt hatásának elméleti vizsgálata. A munka során elméleteteket kell kidolgozni és alkalmazni a nematikus, a koleszterikus, a szmektikus és az oszlopos fázisokra. Mivel az elméletek döntő többségének jelentős a számolási igénye, s így programok írásában és futtatások végrehajtásában is részt kell venni.
A kutatási téma előzményei: A folyadékkristályokhoz kapcsolódó kutatások 1996-ban kezdődtek, és a témában 20 cikket jelentettünk meg nemzetközi folyóiratokban.
Megjegyzés: A fenti kutatási témának külföldi partnerei is vannak. A poláros folyadékkristályokat Prof. Franz Vesely-vel (Bécsi Tudományegyetem), a királis témát Prof. George Jackson-nal (Imperial College, London), míg a felületaktív anyagokhoz kapcsolódó kutatást Prof. Seth Fraden-nel (Brandeis University, Waltham) közösen végezzük.
felvehető hallgatók száma: 1
Jelentkezési határidő: 2020-08-31
2024. IV. 17. ODT ülés Az ODT következő ülésére 2024. június 14-én, pénteken 10.00 órakor kerül sor a Semmelweis Egyetem Szenátusi termében (Bp. Üllői út 26. I. emelet).
Bejelentkezés
