Hydrodynamic rotlet dipole driven by spinning chiral liquid crystal droplets

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作者
Takaki Yamamoto,Masaki Sano
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:99 (2) 被引量:9
标识
DOI:10.1103/physreve.99.022704
摘要

Chirality is an essential evolutionary-conserved physical aspect of swimming microorganisms. However, the role of chirality on the hydrodynamics of such microswimmers is still being elucidated. Hydrodynamic theories have so far predicted that, under a torque-free condition satisfied in the system of microswimmers, a rotlet dipole generating a twisting flow is the leading-order singularity of the chiral flow field. Nevertheless, such a chiral flow field has never been experimentally detected. Here we explore a hydrodynamic field generated in a system of a chiral microswimmer, where a droplet of a cholesteric liquid crystal (CLC) exhibits helical and spinning motions in surfactant solutions due to a chiral nonequilibrium cross coupling between the rotation and the Marangoni flow. Combining measurement of the flow field around the spinning CLC droplets and a computational flow modeling, we revealed that the CLC droplets generate a flow field of a rotlet dipole. Remarkably, we found that the chiral component of the flow field decays with distance $r$ as ${r}^{\ensuremath{-}3}$, which is consistent with the theoretical prediction for the flow field produced by a point singularity of a rotlet dipole. Our findings will promote the understanding of roles of chirality on the hydrodynamics in active matter as well as liquid crystals.
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