Topology-driven collective dynamics of nematic colloidal entanglement

偏斜 量子纠缠 液晶 拓扑(电路) 拓扑缺陷 材料科学 物理 凝聚态物理 量子 量子力学 数学 组合数学
作者
Jinghua Jiang,Oluwafemi Isaac Akomolafe,Xinyu Wang,Zhawure Asilehan,Wentao Tang,Jing Zhang,Zijun Chen,Ruijie Wang,Kamal Ranabhat,Rui Zhang,Chenhui Peng
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:121 (37) 被引量:2
标识
DOI:10.1073/pnas.2402395121
摘要

Entanglement in a soft condensed matter system is enabled in the form of entangled disclination lines by using colloidal particles in nematic liquid crystals. These topological excitations are manifested as colloidal entanglement at equilibrium. How to further utilize nonequilibrium disclination lines to manipulate colloidal entanglement remains a nontrivial and challenging task. In this work, we use experiments and simulations to demonstrate the reconfigurations of nematic colloidal entanglement in light-driven spatiotemporal evolutions of disclination lines. Colloidal entanglement can sense subtle changes in the topological structures of disclination lines and realize chirality conversion. This conversion is manifested as the “domino effect” of the collective rotation of colloids in the disclination lines. By programming the topological patterns and the geometry of the disclination lines, colloidal entanglement can be assembled and split. More remarkably, a double-helix entangled structure can be formed by controlling the changes in the morphology of the disclination lines. Thus, this work will provide opportunities to program colloidal composites for smart materials and micromachines.

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