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Tesis Doctoral
DOI
https://doi.org/10.11606/T.43.2024.tde-10062024-174532
Documento
Autor
Nombre completo
Francisco Oliva de Oliveira
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2024
Director
Tribunal
Salinas, Silvio Roberto de Azevedo (Presidente)
Andrade, Roberto Fernandes Silva
Liarte, Danilo Barbosa
Tamashiro, Mário Noboru
Vieira, Andre de Pinho
Título en portugués
Calculos para o comportamento nematico biaxial na presenca de campo externo
Palabras clave en portugués
cristais lquidos; modelos na rede; fases nemáticas biaxiais; campo externo aplicado; aproximação de pares
Resumen en portugués
A partir da versão discretizada do modelo de Sonnet-Virga-Durand, denominado MSZ6, introduzimos uma interação diamagnética entre moléculas nematogênicas biaxiais e um campo externo através dos tensores moleculares. Essa interação é completamente geral, e pode descrever anisotropias diamagnéticas independentes da forma da interação intermolecular. Obtivemos as equações de estado e energia livre para esse modelo generalizado tanto em aproximação de campo molecular, ou modelo totalmente conectado, quanto em aproximação de pares, utilizando um formalismo que denominamos método Bayesiano. Mostramos que, para o modelo a campo externo nulo, a aproximação de pares utilizando esse método é totalmente equivalente à implementação da aproximação de pares através de campos efetivos. O método Bayesiano produz resultados confiáveis, mas requer um parâmetro de ordem extra. No entanto, sua interpretação em termos de probabilidades de estado é mais direta do que os campos efetivos, e ele nos permite obter facilmente a energia livre do sistema utilizando o método de Gujrati. Através da aproximação de campo molecular, produzimos diagramas de fase para dois casos particulares do modelo MSZ6: o modelo de média geométrica e o modelo desacoplado, cada um sujeito a dois tipos de interação com o campo externo generalizado, correspondentes a duas anisotropias diamagnéticas especficas. Mapeamos as topologias possveis para os diagramas de fase em cada caso, e validamos os resultados através da aproximação de pares implementada através do método Bayesiano. Os diagramas obtidos po- dem possuir pontos crticos, tricrticos, pontos crticos terminais, e fases uniaxiais e biaxiais, inclusive uma fase nemática uniaxial não descrita previamente. Além disso, obtivemos o diagrama de fases para o modelo de Maier-Saupe discretizado, ou MSZ3, na presença de campo externo em aproximação de pares, e observamos a dependência do campo crtico, temperatura crtica e parâmetro de ordem crtico em função do número de coordenação z. O campo crtico obtido para z = 3 é consideravelmente mais fraco, correspondendo a aproximadamente 18% do valor de campo crtico obtido em aproximação de campo molecular.
Título en inglés
Calculations for the biaxial nematic behaviour in the presence of an external field
Palabras clave en inglés
liquid crystals; lattice models; biaxial nematic phases; applied external field; pair approximations
Resumen en inglés
Starting from a discretized version of the Sonnet-Virga-Durand model, referred as MSZ6, we introduce a general diamagnetic interaction between intrinsically biaxial nematogenic molecules and an external applied field, through the molecular tensors. This is a completely general interaction, and can describe diamagnetic anisotropies independent of the intermolecular interaction. We obtained the free energy and equations of state for this generalized model, at the molecular-field approximation level, as well as in the pair-approximation level, in this case through a method which we denominated Bayesian method. We show that, in the absence of external fields, this implementation of the pair approximation is equivalent to the usual implementation using effective fields. The Bayesian method produces reliable results, but requires an extra order parameter. Nevertheless, the use of probabilities of state is more directly interpretable than effective fields, and it allows us to easily obtain the free energy for the system through the Gujrati method. Using the molecular-field approximation, we obtained phase diagrams for two particular cases of the MSZ6 model: the geometric mean model and the uncoupled model, each one subject to two kinds of interaction with an external field, corresponding to two specific diamagnetic anisotropies. We mapped the possible topologies for the phase diagrams in each case, and validated the results using the pair approximation implemented through the Bayesian method. The phase diagrams can possess critical points, tricritical points, critical endpoints, and uniaxial and biaxial phases, including a uniaxial nematic phase not previously described. Beyond that, we have obtained the phase diagram for the discretized Maier-Saupe model, or MSZ3, in the presence of an external field, in the pair approximation, and observed the dependency of the critical field, the critical temperature and critical order parameter on the coordination number z. The critical field obtained for z = 3 is considerably weaker, corresponding to approximately 18% of the intensity of the critical field obtained through the molecular-field approximation.
 
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Fecha de Publicación
2024-07-24
 
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