Orientational ordering of lamellar structures on closed surfaces

Abstract

Self-assembly of particles with short-range attraction and long-range repulsion interactions on a flat and on a spherical surface is compared. Molecular dynamics simulations are performed for the two systems having the same area and the density optimal for formation of stripes of particles. Structural characteristics, e.g., a cluster size distribution, a number of defects, and an orientational order parameter (OP), as well as the specific heat, are obtained for a range of temperatures. In both cases, the cluster size distribution becomes bimodal and elongated clusters appear at the temperature corresponding to the maximum of the specific heat. When the temperature decreases, orientational ordering of the stripes takes place and the number of particles per cluster or stripe increases in both cases. However, only on the flat surface, the specific heat has another maximum at the temperature corresponding to a rapid change of the OP. On the sphere, the crossover between the isotropic and anisotropic structures occur in a much broader temperature interval; the orientational order is weaker and occurs at significantly lower temperature. At low temperature, the stripes on the sphere form spirals and the defects resemble defects in the nematic phase of rods adsorbed at a sphere.

Self-Assembled Structures of Colloidal Dimers and Disks on a Spherical Surface

“…As a result, a chain may wrap a few times around the sphere before merging into another chain (see bottom-left panel of Figure 6). This is similar to what was observed in a one-component system of particles interacting through a short-range attractive, long-range repulsive (SALR) potential [35]. The latter system was stripe-forming at low temperature; hence, when the particles were constrained to a spherical surface, a stripe may wrap around the sphere, as indeed observed.…”

Periodic collective behaviors of organic solvent droplets on the surface of aqueous surfactant solutions

“…Second, there coexists short-range attraction and longrange repulsion, judging from chain structures formed by droplets. Recently it was found that the mixture of short-range attraction and long-range repulsion can induce a chain-like lamellar structure in a confined geometry (Pȩkalski and Ciach, 2018). A peculiar feature of our dynamic system is, however, that the chains can be formed even in a low number density state as seen in Fig.…”

Основные Состояния Ламеллярной Структуры SALR-системы В Гексагональном Окружении

“…Несмотря на ожидаемое значительное влияние ограниченности системы [2,3] в целом, мало что известно о влиянии пространственных ограничений на упорядочение монослоев SALR-систем. Ламеллярные двумерные структуры в SALR-системе исследовались только в щелевой геометрии [1,4] или на поверхности сферы [5,6], на которой топологические дефекты обусловлены топологией системы. В трехмерных системах были изучены эффекты наложения периодического или замкнутого цилиндрического ограничения на гексагональную цилиндрическую фазу [7], показав стабильность спиральных структур, аналогичных тем, которые наблюдались для систем блоксополимеров [8].…”

“…Ранее в работе [9] были рассмотрены основные состояния системы частиц с конкурирующими взаимодействиями в правильном шестиугольнике в виде концентрических колец. Однако в неограниченной системе при решеточной концентрации частиц, близкой к 0,5, при низких температурах существует фаза ламелей в виде параллельных полос [1,6], состоящих из двух заполненных и двух вакантных рядов. В данной работе рассматриваются условия существования такой фазы при наличии пространственного ограничения в виде правильного шестиугольника.…”

“…где N i -число групп частиц, обладающих энергией E i . Отметим, что, как и в работах [1,6,9], рассматривается система частиц с притяжением ближайших и отталкиванием третьих соседей, причем энергия рассматривается в единицах модуля взаимодействия первых соседей. В этом случае энергия взаимодействия первых соседей равна минус 1, а третьих соседей J (J > 0).…”