胶体液滴在液晶-空气界面处具有特殊的相互作用，可以展现出各种各样令人意想不到的自组织结构。研究胶体液滴的这些自组织行为，可以拓展人们对胶体相互作用的认识，加深人们对液晶这种复杂流体的物理性质的理解。液晶作为介于晶体与液体之间的物质的状态，具有非常特殊的物理性质，它具有较大的双折射，且能被电场、磁场等多种物理场调控，是一种非常重要的光学材料，被广泛应用于各种光学器件中。本课题组在论文“Controlled Multistep Self-Assembling of Colloidal Droplets at a Nematic Liquid Crystal–Air Interface” Physical Review Letters 123, 087801 (2019) 中展示了胶体液滴在向列相液晶-空气界面形成的一类新颖的自组织结构，这一结果被选为当期Physical Review Letters杂志的封面（图1）。文章的第一作者为王楠博士，共同第一作者为Julian Evans博士，通讯作者为何赛灵教授，共同通讯作者为Julian Evans博士，以及与本课题组合作的美国科罗拉多大学波尔得分校Ivan Smalyukh教授与乌克兰物理学院Victor Pergamenshchik教授。

图1 论文Controlled Multistep Self-Assembling of Colloidal Droplets at a Nematic Liquid Crystal–Air Interface”中的实验照片被选作当期Physical Review Letters杂志的封面。

在实验中，通过控制液晶层的厚度，我们可以调控胶体液滴在液晶界面引发的弹性偶极矩间的相互作用，进而调控胶体液滴的自组织结构。逐渐增大弹性偶极矩同竖直方向的倾角，胶体液滴可以依次形成各向异性晶格、相互排斥的链、由相互吸引的链形成的带状结构等。同时，胶体液滴所形成的自组织结构在宏观上往往展现为圆形，这是由胶体液滴间的一种多体效应——多体增强的表面张力与弹性力耦合而导致的（图2）。

图2 胶体液滴在向列相液晶-空气界面形成的新颖的自组织结构。

文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.087801