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Accelerated Gradient Descent Methods for the Uniaxially Constrained Landau-de Gennes Model
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作者 Edison E.Chukwuemeka Shawn W.Walker 《Advances in Applied Mathematics and Mechanics》 SCIE 2022年第1期1-32,共32页
This paper illustrates the efficacy of using accelerated gradient descent schemes for minimizing a uniaxially constrained Landau-de Gennes model for nematic liquid crystals.Three(alternating direction)minimization sch... This paper illustrates the efficacy of using accelerated gradient descent schemes for minimizing a uniaxially constrained Landau-de Gennes model for nematic liquid crystals.Three(alternating direction)minimization schemes are applied to a structure preserving finite element discretization of the uniaxial model:a standard gradient descent method,the“heavy-ball”method,and Nesterov’s method.The performance of the schemes is measured in terms of the number of iterations required to obtain the equilibrium state,as well as the total computational time(wall time).The numerical experiments clearly show that the accelerated gradient descent schemes reduce the number of iterations and computational time significantly,despite the hard uniaxial constraint that is not“smooth”when defects are present.Moreover,our results show that accelerated schemes are not hindered when combined with an alternating direction minimization algorithm and are easy to implement. 展开更多
关键词 Liquid crystals landau-de gennes UNIAXIAL heavy-ball method Nesterov’s method
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液晶模型的分析理论 被引量:5
2
作者 丁时进 《华南师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2013年第3期1-7,共7页
对于上世纪80年代中期以来液晶模型的数学理论方面的研究进行了综述.首先论述了静态模型的研究进展,其中包括经典的Oseen-Frank理论、Ericksen理论以及最近成为研究热点的Q-tensor理论,重点介绍其中的变分问题极小元的存在性和奇性分析... 对于上世纪80年代中期以来液晶模型的数学理论方面的研究进行了综述.首先论述了静态模型的研究进展,其中包括经典的Oseen-Frank理论、Ericksen理论以及最近成为研究热点的Q-tensor理论,重点介绍其中的变分问题极小元的存在性和奇性分析以及从向列相到近晶相的相变理论.随后介绍了近年来对于液晶的发展理论即Erick-son-Leslie理论的研究,包括不可压缩模型的解的存在性和部分正则性、可压缩模型的适定性理论.同时对液晶模型今后可能的研究课题进行了探讨和展望. 展开更多
关键词 液晶模型 数学理论 Ericksen理论 Ericksen—Leslie理论 Landau—de gennes理论
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向列相液晶弹性各向异性诱导液晶盒产生漏光的研究 被引量:4
3
作者 王永超 张志东 周璇 《液晶与显示》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期949-959,共11页
为了阐述具有体缺陷结构的向列相液晶盒在暗态出现漏光的原因,以及边界锚定条件对漏光的影响,首先,建立了3个向列相液晶盒模型,它们具有不同的初始指向矢排布。接着,基于Landau-de Gennes理论,通过对指向矢场的缺陷动力学计算,得到液晶... 为了阐述具有体缺陷结构的向列相液晶盒在暗态出现漏光的原因,以及边界锚定条件对漏光的影响,首先,建立了3个向列相液晶盒模型,它们具有不同的初始指向矢排布。接着,基于Landau-de Gennes理论,通过对指向矢场的缺陷动力学计算,得到液晶盒截面内平衡态的指向矢分布。最后,使用琼斯矩阵法将该截面内的指向矢分布以透过率的形式表示出来。模拟结果显示,在无外场条件下,当向列相液晶的弹性常数满足L2/L1≥1(K22/K11≤2/3)时,具有体缺陷结构的液晶盒展现出了自发的扭曲结构,导致了漏光的出现。且漏光强度随着缺陷结构和边界条件的不同而不同。本文模型很好地解释了体缺陷造成液晶盒在暗态出现漏光的原因,且模拟结果与工业生产过程中观察到的现象是一致的。 展开更多
关键词 体缺陷结构 漏光 landau-de gennes理论 自发扭曲形变
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扭曲向列相薄盒中线缺陷的研究 被引量:3
4
作者 余洋 周璇 张志东 《液晶与显示》 CAS CSCD 北大核心 2015年第2期213-223,共11页
在扭曲向列相中,基于Landau-de Gennes理论,利用二维松弛迭代方法,研究了s=±1/2扭曲向错的有序重构,给出了随着盒厚减小缺陷核的双轴结构。在临界值dc*≈9ξ(ξ是序参数变化的相干长度),有序重构结构是稳定态,而带缺陷结构是亚稳态... 在扭曲向列相中,基于Landau-de Gennes理论,利用二维松弛迭代方法,研究了s=±1/2扭曲向错的有序重构,给出了随着盒厚减小缺陷核的双轴结构。在临界值dc*≈9ξ(ξ是序参数变化的相干长度),有序重构结构是稳定态,而带缺陷结构是亚稳态,此时系统缺陷结构和双轴性开始沿基板方向扩散。相对于没有初始向错的情况,本征值交换为稳定解对应的盒厚较大。在临界盒厚dc≈7ξ,系统发生双轴性转变,双轴性结构扩散到整个液晶盒,形成双轴壁。在盒厚d≈9ξ时力达到极大值,而d≈7ξ时力达到极小值。对于非对称弱锚泊边界条件,随着锚泊强度的降低,弱锚泊边界将向错逐渐驱出边界。 展开更多
关键词 有序重构 扭曲向错线 双轴性参数 landau-de gennes理论
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液晶静态模型及应用进展 被引量:2
5
作者 张馨元 崔慧林 +2 位作者 王钰 陈宏一 张心正 《液晶与显示》 CAS CSCD 北大核心 2022年第8期1032-1051,共20页
液晶是物理、化学和材料科学领域长期的研究热点之一。向列相液晶中分子倾向于沿某个方向优先取向的排列使其具有类似于晶体的电磁特性和光学特性,在显示、光场调控等方面发挥着重要作用。液晶的特殊光学纹理反映了其中包含的缺陷,构建... 液晶是物理、化学和材料科学领域长期的研究热点之一。向列相液晶中分子倾向于沿某个方向优先取向的排列使其具有类似于晶体的电磁特性和光学特性,在显示、光场调控等方面发挥着重要作用。液晶的特殊光学纹理反映了其中包含的缺陷,构建液晶理论模型对研究液晶和此类缺陷具有重要的意义。本文综述了几种常用的液晶静态理论模型及其适用条件,分析了界面效应下锚定能引起的自由能变化。针对当前应用最广泛的Landau-de Gennes Q张量模型,本文重点介绍了近年来该模型在弹性常数L→0和低温极限问题中的研究动态,最后列举了液晶理论模型在实际应用方面的研究进展。 展开更多
关键词 序参量 Oseen-Frank模型 landau-de gennes模型 拓扑缺陷
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同轴结构球形液滴的尺寸效应和电场动力学 被引量:2
6
作者 马鹤 陈思博 +2 位作者 吴金兵 周璇 张志东 《液晶与显示》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期293-305,共13页
基于Landau-de Gennes理论,研究了向列相同轴结构球形液滴的尺寸效应以及电场下的动力学过程。结果表明:同轴结构在半径r≥6.5μm的范围内稳定存在。当r≤5.1μm时只存在双极结构,5.2μm≤r<6.5μm时为双极结构与同轴结构均存在的双... 基于Landau-de Gennes理论,研究了向列相同轴结构球形液滴的尺寸效应以及电场下的动力学过程。结果表明:同轴结构在半径r≥6.5μm的范围内稳定存在。当r≤5.1μm时只存在双极结构,5.2μm≤r<6.5μm时为双极结构与同轴结构均存在的双稳态。外电场存在时,当0≤E/E0≤0.002 4(使用E0对电场进行约化,E0=33.7V/μm)时,液晶分子逐渐沿电场方向排列;当0.002 7≤E/E0≤0.003时,弹性能、表面能和电场能相互竞争诱导出第一次结构转变,使液滴内出现类双极结构;当0.003 3≤E/E0<0.013 4时,赤道面内及附近指向矢垂直电场方向排列,其余部分上下对称且沿电场方向排列;当电场强度达到阈值Ec/E0=0.013 4时,发现第二次结构转变,液滴内大部分液晶分子通过动力学过程实现了从中心轴到边界逐点沿电场方向的转动,该现象首次在同轴结构液滴中出现。 展开更多
关键词 landau-de gennes理论 同轴结构 结构转变 动力学过程
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电场诱导纳米结构HAN液晶盒中新型有序重构过程的描述 被引量:1
7
作者 陈思博 王永超 +1 位作者 周璇 张志东 《液晶与显示》 CAS CSCD 北大核心 2016年第9期853-861,共9页
基于Landau-de Gennes理论,利用松弛迭代的方法,研究了包含-1/2向错线的混合排列(HAN)液晶盒中,平行于向错线的电场所诱导的结构转变。结果表明,盒厚固定时,电场诱导五种结构转变过程;电场固定时,盒厚变化产生三类结构转变方式。力曲线... 基于Landau-de Gennes理论,利用松弛迭代的方法,研究了包含-1/2向错线的混合排列(HAN)液晶盒中,平行于向错线的电场所诱导的结构转变。结果表明,盒厚固定时,电场诱导五种结构转变过程;电场固定时,盒厚变化产生三类结构转变方式。力曲线上的极小值确定了液晶系统发生结构转变的临界盒厚。 展开更多
关键词 有序重构 landau-de gennes理论 -1/2向错 力曲线
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球形界面对向列相液晶系统中+1 boojum缺陷结构转变的影响 被引量:1
8
作者 刘雅静 于辉敏 +2 位作者 陈思博 周璇 张志东 《材料科学》 2018年第8期890-903,共14页
基于Landau-de Gennes理论,利用二维有限差分迭代法,研究含有+1 bojum缺陷的纳米尺度圆柱内切球向列相液晶系统。讨论当球形界面分别为强、弱两种锚定条件时,+1 boojum缺陷的结构转变。通过与圆柱液晶系统中+1 boojum缺陷的结构转变过... 基于Landau-de Gennes理论,利用二维有限差分迭代法,研究含有+1 bojum缺陷的纳米尺度圆柱内切球向列相液晶系统。讨论当球形界面分别为强、弱两种锚定条件时,+1 boojum缺陷的结构转变。通过与圆柱液晶系统中+1 boojum缺陷的结构转变过程进行比较,探究球形界面对+1 boojum缺陷结构转变的影响。结果表明,球形界面使得+1 boojum缺陷结构变小,且不会出现有序重构现象;该结论与球形界面的强、弱锚定条件无关。 展开更多
关键词 landau-de gennes理论 +1 boojum缺陷 锚定条件 球形界面
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亚微米级向列相球形液滴中分裂核结构稳定性的探究
9
作者 刘宏恩 吴金兵 +2 位作者 刘猛飞 周璇 张志东 《液晶与显示》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期343-354,共12页
基于Landau-de Gennes理论,探究了具有垂面边界锚定情况下亚微米级球形向列相液滴中分裂核结构的稳定性。结果表明:在边界条件为强锚定且单一弹性常数近似下,球形液滴内会同时存在径向结构和环结构。根据半径的不同,两种结构会分别成为... 基于Landau-de Gennes理论,探究了具有垂面边界锚定情况下亚微米级球形向列相液滴中分裂核结构的稳定性。结果表明:在边界条件为强锚定且单一弹性常数近似下,球形液滴内会同时存在径向结构和环结构。根据半径的不同,两种结构会分别成为稳态,即半径较大时环结构为稳态,反之径向结构为稳态。当考虑弹性各向异性时,会出现稳态的环结构和亚稳态的分裂核结构。进一步研究表明:若考虑k_(24)弹性项对液滴内部结构的影响,当边界锚定条件由强锚定变为弱锚定(以锚定强度w=10-4 J/m^(2)为例),在单一弹性常数近似情况下,会出现径向、环和均匀3种结构,其中径向结构为稳态,且结构之间的稳定性不受k_(24)作用的影响;在弹性各向异性情况下,径向结构会转变为分裂核结构。另外,若不考虑k_(24)作用时,分裂核结构仍为亚稳态;若考虑k_(24)作用,当尺寸和弹性各向异性在一定范围内时,分裂核结构可以成为稳态。在我们的模拟计算中首次发现k_(24)作用可以使分裂核结构成为稳态。 展开更多
关键词 landau-de gennes理论 分裂核结构 弹性各向异性 边界条件 k_(24)作用
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球形向列相液滴新缺陷态的研究
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作者 刘宏恩 陈思博 +2 位作者 马鹤 周旋 张志东 《材料科学》 CAS 2020年第6期441-453,共13页
基于Landau-de Gennes理论,利用二维有限差分迭代法,研究了相同条件下环(ring)结构与三缺陷结构之间的能量对比。探究了三缺陷结构稳定存在的尺寸范围、边界条件对于缺陷位置的影响以及三缺陷结构转变为环结构的动力学过程。结果表明:... 基于Landau-de Gennes理论,利用二维有限差分迭代法,研究了相同条件下环(ring)结构与三缺陷结构之间的能量对比。探究了三缺陷结构稳定存在的尺寸范围、边界条件对于缺陷位置的影响以及三缺陷结构转变为环结构的动力学过程。结果表明:环结构能量最低为基态,而三缺陷结构能量相对较高为亚稳态。研究中选取固定温度并做单一弹性常数近似。对于均匀垂面锚定且锚定强度系数为w = 10−3 J/m2时,三缺陷结构在R ≥ 1.17 μm范围内稳定;w = 10−4 J/m2时,三缺陷结构在R ≥ 1.16 μm范围内稳定;w = 10−5 J/m2时,存在的范围为R ≥ 0.95 μm。进一步改变边界锚定强度系数,使其在边界不再是定值,而是线性变化的。在球的两极点处取最大值wmax,并取半径为26.4 μm进行研究。其他条件相同只改变wmax的值,我们发现,wmax取10−3 J/m2与取10−4 J/m2、10−5 J/m2相比,缺陷反而向中心轴收缩,出现反常现象。在较小的半径下,三缺陷态中的两个缺陷靠近并湮灭,最终形成环结构。 展开更多
关键词 landau-de gennes理论 +1/2缺陷环 -1/2缺陷环 锚定条件
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拓扑荷在圆盘状向列相液晶薄膜中的尺寸效应
11
作者 梁德山 黄厚兵 +3 位作者 赵亚楠 柳祝红 王浩宇 马星桥 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期173-177,共5页
拓扑现象对于病毒颗粒的空间分布、高分子聚合物纳米囊泡的成型以及玻色-爱因斯坦凝聚物等方面都发挥着重要作用.本文利用Landau-de Gennes理论,构建模型来模拟液晶中拓扑荷分布及其他现象.通过对数值模型序参量场的演化,以及模拟液晶... 拓扑现象对于病毒颗粒的空间分布、高分子聚合物纳米囊泡的成型以及玻色-爱因斯坦凝聚物等方面都发挥着重要作用.本文利用Landau-de Gennes理论,构建模型来模拟液晶中拓扑荷分布及其他现象.通过对数值模型序参量场的演化,以及模拟液晶薄膜中所生成的拓扑荷之间的相互作用来分析液晶(Lqc)薄膜的尺寸对拓扑荷的影响.研究结果表明,随着液晶盘半径增大,拓扑荷间最优距离与半径之比渐增并趋于稳定.此研究结论对利用拓扑荷凝聚颗粒物效应设计分离容器有指导意义,有助于进一步理解拓扑胶体和液晶以及液晶共聚物等软物质中的拓扑现象. 展开更多
关键词 向列相液晶 相场 拓扑荷 landau-de gennes模型
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Fine structures of defect cores induced by elastic anisotropy and biaxiality in hybrid alignment nematics
12
作者 Xuan Zhou Si-Bo Chen Zhi-Dong Zhang 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第5期412-418,共7页
Based on Landau–de Gennes theory and two-dimensional finite-difference iterative method, the spontaneous distortion in hybrid alignment nematic cells with M = ±1/2 disclination lines is investigated by establish... Based on Landau–de Gennes theory and two-dimensional finite-difference iterative method, the spontaneous distortion in hybrid alignment nematic cells with M = ±1/2 disclination lines is investigated by establishing two models. The fine structures of defect cores are described in the order space S^2/Z2. The joint action of elastic anisotropy(L2/L1) and biaxiality of defects induces the spontaneous twist distortion, accompanied by the movement of the defect center to the upper or lower plate. For each model, four mixed defect structures appear with the same energy, which are defined as energetically degenerated quadruple states. 展开更多
关键词 landau-de gennes theory elastic anisotropy mixed defects order space
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Defect Core Structures in Twisted Nematic and Twisted Chiral Liquid Crystals
13
作者 Xuan Zhou Guili Zheng Zhidong Zhang 《Journal of Modern Physics》 2013年第2期272-279,共8页
The defect structures of s = ±1/2 twist disclinations in twisted nematic and twisted chiral liquid crystals have been investigated within the Landau-de Gennes theory numerically. Our results show that there exist... The defect structures of s = ±1/2 twist disclinations in twisted nematic and twisted chiral liquid crystals have been investigated within the Landau-de Gennes theory numerically. Our results show that there exists eigenvalue exchange across the defect core of both the two models. The defect core is essentially biaxial and never isotropic. The defect centre is uniaxial and is surrounded by a strong biaxial region. 展开更多
关键词 DISCLINATIONS EIGENVALUE Exchange DEFECT Core landau-de gennes Theory
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非线性波映照流方程的尖锐界面极限
14
作者 王婷婷 王晓渊 王晨晨 《应用数学进展》 2021年第9期3120-3128,共9页
液晶的界面问题与普通流体的两相共存问题有着很大差异。本文基于Landau-de Gennes Q-张量理论,针对液晶无序相–向列相相变问题,使用匹配的渐近展开方法,在无序相和向列相区域进行外展开,在过渡的尖锐界面区域进行内展开,推导出不耦合... 液晶的界面问题与普通流体的两相共存问题有着很大差异。本文基于Landau-de Gennes Q-张量理论,针对液晶无序相–向列相相变问题,使用匹配的渐近展开方法,在无序相和向列相区域进行外展开,在过渡的尖锐界面区域进行内展开,推导出不耦合流体从Landau-de Gennes流到尖锐界面模型的极限,得到指向矢n的演化遵循波映照热流,分离无序相和向列相的尖锐界面区域的演化由平均曲率流确定。 展开更多
关键词 液晶 landau-de gennes Q-张量理论 无序相–向列相相变 尖锐界面极限 波映照热流 平均曲率流
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液晶理论研究中的若干数学问题 被引量:2
15
作者 王伟 张平文 章志飞 《中国科学:数学》 CSCD 北大核心 2016年第7期895-914,共20页
液晶是一类应用广泛的软物质材料,一直是物理、化学和材料科学的研究热点.目前,液晶的数学理论研究还处于起步阶段.本文综述了各种常用的液晶数学模型,并且围绕这些模型以及它们之间的关系,介绍了相关的研究进展.此外,本文还列举了一些... 液晶是一类应用广泛的软物质材料,一直是物理、化学和材料科学的研究热点.目前,液晶的数学理论研究还处于起步阶段.本文综述了各种常用的液晶数学模型,并且围绕这些模型以及它们之间的关系,介绍了相关的研究进展.此外,本文还列举了一些尚待进一步研究的数学问题. 展开更多
关键词 液晶 缺陷 Q-张量 landau-de gennes 模型 Doi-Onsager方程 Ericksen-Leslie方程 无序相-向列相界面
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三维圆柱区域内的液晶线缺陷构型
16
作者 胡煜成 屈旸 张平文 《中国科学:数学》 CSCD 北大核心 2015年第8期1249-1264,共16页
由刚性棒状分子构成的向列相液晶是最简单也是理论上研究最多的液晶模型.当液晶分子在边界上的指向受到拓扑约束时,液晶材料内部可能会产生缺陷.预测液晶缺陷的分布和构型是近年来研究的热点和难点.本文在Landau-de GenneS张量模型的基... 由刚性棒状分子构成的向列相液晶是最简单也是理论上研究最多的液晶模型.当液晶分子在边界上的指向受到拓扑约束时,液晶材料内部可能会产生缺陷.预测液晶缺陷的分布和构型是近年来研究的热点和难点.本文在Landau-de GenneS张量模型的基础上,通过数值模拟,结合理论分析,研究三维圆柱区域内液晶缺陷在不同边界条件下的构型.本文的主要结论为,线缺陷比点缺陷更常见也更稳定;边界条件带来的拓扑约束会对线缺陷的构型产生质的影响. 展开更多
关键词 向列相液晶 Landau—de gennes张量模型 线缺陷
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超导与液晶边界层现象的数学问题 被引量:1
17
作者 潘兴斌 《中国科学:数学》 CSCD 北大核心 2018年第1期83-110,共28页
本文介绍了超导和液晶的理论中与边界层现象有关的一些数学问题,特别是与第二类超导体的表面超导态和液晶的表面近晶相有关的数学问题,汇报了近年的一些研究进展,并介绍了一些相关的未解决问题.
关键词 超导 液晶 GINZBURG-LANDAU方程 landau-de gennes方程 磁Schrdinger算子 边界凝聚 椭圆型偏微分方程 变分法
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The Freedericksz Transition and the Asymptotic Behavior in Nematic Liquid Crystals
18
作者 ARAMAKI Junichi 《Journal of Partial Differential Equations》 2012年第3期276-294,共19页
We consider the stability of a specific nematic liquid crystal configuration under an applied magnetic field. We show that for some specific configuration there exist two critical values Hn and Hsh of applied magnetic... We consider the stability of a specific nematic liquid crystal configuration under an applied magnetic field. We show that for some specific configuration there exist two critical values Hn and Hsh of applied magnetic field. When the intensity of the magnetic field is smaller than Hn, the configuration of the energy is only global minimizer, when the intensity is between Hn and Hsh, the configuration is not global minimizer, but is weakly stable, and when the intensity is larger than Hsh, the configuration is instable. Moreover, we also examine the asymptotic behavior of the global minimizer as the intensity tends to the infinity. 展开更多
关键词 Freedricksz transition variational problem liquid crystals landau-de gennes functional.
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