priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2023-66-4-306-312pribor-91Research ArticleОПТИЧЕСКИЕ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И КОМПЛЕКСЫOPTICAL AND OPTOELECTRONIC DEVICES AND COMPLEXESМетод оптической молекулярной генерации локализованных хиральных структур в фотоактивных жидкокристаллических пленкахMethod for optical molecular generation of localized chiral structures in photoactive liquid crystal filmsДарморозД. Д.DarmorozD. D.

Дарина Дмитриевна Дармороз - аспирант; факультет наук о жизни

Санкт-Петербург

Darina D. Darmoroz - Post-Graduate Student; Faculty of Life Sciences

St. Petersburg

darmoroz@infochemistry.ruПивеньА. О.PivenA. O.

Анастасия Олеговна Пивень - магистрант; факультет наук о жизни

Санкт-Петербург

Anastasiia O. Piven - Master Student; Faculty of Life Sciences

St. Petersburg

piven@infochemistry.ruОрловаТ.OrlovaT.

Татьяна Орлова - канд. физ.-мат. наук; факультет наук о жизни; вед. научный сотрудник НОЦ инфохимии

Санкт-Петербург

Tatiana Orlova - PhD; Faculty of Life Sciences; Infochemistry Scientific Center Leading Researcher

St. Petersburg

torlova@itmo.ruУниверситет ИТМОITMO University202326112024664306312Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/91

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.  

A method for creating an optical scheme and the principle of using photoactive samples of chiral nematic liquid crystals for optical molecular generation of localized chiral structures are considered. It is shown that the existence of two different static localized chiral structures with sizes of about 25 and 10 µm is possible, depending on the power of the UV laser beam. The processes of reconfiguration of localized chiral liquid crystal structures into each other and into a completely frustrated state of a chiral nematic liquid crystal film are described. These localized structures can be used as miniaturized tunable optical elements for focusing and structuring transmitted light beams. 

нематический жидкий кристаллсветопоглощающая хиральная молекулярная добавкаоптическая схемастатичная локализованная хиральная структураперестройка поля директораnematic liquid crystallight-absorbing chiral molecular additiveoptical schemestatic localized chiral structuredirector field restructuringавторы благодарят Prof. Etienne Brasselet (University of Bordeaux, France), Dr. Supitchaya Iamsaard, Dr. Federico Lancia и Prof. Nathalie Katsonis (Stratingh Institute for Chemistry, University of Groningen, The Netherlands) за приготовление смесей фотоактивных хиральных нематических жидких кристаллов и предоставленные жидкокристаллические образцы.The authors thank Prof. Etienne Brasselet (University of Bordeaux, France), Dr. Supitchaya Iamsaard, Dr. Federico Lancia and Prof. Nathalie Katsonis (Stratingh Institute for Chemistry, University of Groningen, The Netherlands) for preparation of photoactive chiral nematic liquid crystal mixtures and provided liquid crystal samples.ReferencesHamdi R. et al. Liquid crystal bubbles forming a tunable micro-lenses array // J. Appl. Phys. 2011. Vol. 110, N 7.Hamdi R. et al. J. Appl. Phys., 2011, no. 7(110).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.Yang B., Brasselet E. J. Opt. (United Kingdom), 2013, no. 4(15), pp. 1–5.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.Hess A.J. et al. Phys. Rev. X, 2020, no. 3(10), pp. 32–40.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.Ackerman P.J., Qi Z., Smalyukh I.I. Phys. Rev. E - Stat. Nonlinear, Soft Matter Phys., 2012, no. 2(86), pp. 1–14.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.Ackerman P.J. et al. ACS Nano, 2015, no. 12(9), pp. 12392–12400.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.Evans J.S. et al. Phys. Rev. E - Stat. Nonlinear, Soft Matter Phys., 2013, no. 3(87), pp. 1–14.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.Sohn H.R.O. et al. Phys. Rev. E. American Physical Society, 2018, no. 5(97).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.Haas W.E.L., Adams J.E. Appl. Phys. Lett., 1974, no. 5(25), pp. 263–264.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.Kawachi M., Kogure O., Kato Y. Jpn. J. Appl. Phys., 1974, vol. 13, pp. 1457, DOI:10.1143/jjap.13.1457.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.Ackerman P.J., Smalyukh I.I. Phys. Rev. X, 2017, no. 1(7), pp. 1–27.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.Smalyukh I.I. et al. Nat. Mater. Nature Publishing Group, 2010, no. 2(9), pp. 139–145.Loussert C., Brasselet E. Multiple chiral topological states in liquid crystals from unstructured light beams // Appl. Phys. Lett. 2014. Vol. 104, N 5.Loussert C., Brasselet E. Appl. Phys. Lett., 2014, no. 5(104).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.Loussert C. et al. Advanced Material, 2014, vol. 26, рр. 4242–4246.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.Orlova T. et al. Nat. Nanotechnol., Springer US, 2018, no. 4(13), pp. 304–308.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.Kim Y., Tamaoki T. ChemPhotoChem., 2019, vol. 3, рр. 284–303.Dierking I. Textures of Liquid Crystals. John Wiley & Sons, 2003. 233 р.Dierking I. Textures of Liquid Crystals, John Wiley & Sons, 2003.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.Papič M. et al. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021, no. 49(118), DOI:10.1073/pnas.2110839118.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.