Fahrudin Nugroho Transisi Keadaan Defect-Non Defect pada Konveksi
Jurnal Fisika Indonesia No: 50, Vol XVII, Edisi Agustus 2013 ISSN : 1410-2994
Transisi Keadaan Defect-Non Defect pada Konveksi Listrik Kristal Cair Nematic Homeotropic dibawah Pengaruh Medan Magnet
Fahrudin Nugroho, Yoshiki Hidaka, Tatsuhiro Ueki, Shoichi Kai
Jurusan Fisika, Fakultas Mematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Gadjah Mada, Indonesia Deparment of Applied Quantum Physics and Nuclear Engineering, Faculty of Engineering, Kyushu University, Japan
fakhrudugm.ac.id
Abstrak – Dalam penelitian kali ini akan dikaji fenomena konveksi listrik kristal cair nemaik homeotropik dibawah pengaruh medan magnet luar. Dalam percobaan dapat diamati fenomena munculnya defect pada soft mode turbulence yaitu
spatiotemporal chaos akibat interaksi moda konveksi listrik dengan moda Nambu-Goldstone. Dapat diamati bahwa terjadi transisi keadaan defect ke keadaan non defect yang terjadi pada medan magnet kritis tertentu Hc = 450 G. Lebih lanjut
dengan pengamatan cross polarizer telah berhasil dijelaskan femonena terjadinya transisi dari keadaan defect ke non defect tersebut. Hal itu diakibatkan oleh tertekannya kebebasan berotasi dari kristal cair nematik.
Kata kunci: konveksi listrik, kristal cair nematik, soft mode turbulence, moda Nambu-Goldstone, transisi keadaan Abstract – The phenomenon of electroconvection of homeotropic nematics under influence of external magnetic field has been
researched in the present study,. In the experiment, can be observed the appearance of defect in the soft-mode turbulence which is a kind of spatiotemporal chaos generated by nonlinear interaction betweenthe Nambu-Goldstone mode and the
convective mode. The transition between the defect to non-defect state occurs at the critical magentic field Hc = 450 G. Furthermore, using the cross polarizer observation the mechanism of occurence of the transition can be explained. That is, it
is due to the supression of the rotational freedom of nematic liquid crystal. Key words: lectroconvection, nematic liquid crystal, soft mode turbulence, Nambu-Goldstone mode, phase transition
I. PENDAHULUAN
Defect yang disebabkan ketidaksempurnaan topologis telah banyak dikaji dalam banyak sistem. Salah satu contoh
yang sangat popoler adalah defect pada sistem kristal yang secara mikroskopik merupakan ketidaksempurnaan dalam
susunan atom- atom penyusunnya [1]. Seringkali defect dalam struktur kristal merupakan suatu hal yang di anggap
tidak baik, karena berakibat kelemahan struktur zat padat. Disisi lain ada satu manfaat dari defect secara Fisika, yaitu
seringkali sifat defect mencerminkan sifat sistem di mana defect tersebut diamati.
Dalam penelitian kali ini, akan disajikan hasil pengamatan defect pada konveksi listrik kristal cair nematik
homeotropik. Sebagaimana diketahui bahwa sistem ini merupakan salah satu contoh sistem di luar kesetimbangan
termodinamik [2, 3, 4, 5]. Pada sistem kristal cair nematik homeotropik kristal cair ditempatkan diantara dua keping
elektroda transparan. Orientasi kristal cair adalah tegak lurus terhadap elektroda sehingga terdapat simetri rotasi yang
kontinyu pada bidang elektroda bidang x–y. Dengan menerapkan arus listrik bolak-balik AC dengan tegangan
di atas ambang batas Freedericksz VF orientasi rerata dari kristal cair nematik n mengalami kemiringan terhadap
sumbu z yang disebabkan adanya sifat anisotropik dielektrik pada kristal cair yang digunakan. Karenanya terjadi
pemecahan simetri rotasi yang kontinyu Symmetry Breaking. Proyeksi n pada sumbu z yang disebut Cr,
dimana r adalah vektor posisi dua dimensi pada bidang x–y, bebas berotasi pada bidang x–y dan bersifat sebagai moda
Nambu-Goldstone. Dengan menerapkan tegangan yang lebih besar, yaitu di atas ambang batas konveksi listrik Vc,
maka konveksi listrik terjadi pada sistem dikarenakan ketakstabilan Carr–Helfrich [5]. Konveksi listrik dengan
vektor gelombang qr berinteraksi secara tak linear dengan Cr menghasilkan formasi pola tak teratur yang disebut
dengan soft-mode turbulence SMT.
Penelitian defect pada SMT, yang kemudian diberi nama blacklines, sudah dilakukan oleh beberapa peniliti
sebelumnya [1, 3, 6]. Dalam penelitian tersebut diteliti terkait dengan sifat dasar dari defect tersebut. Dalam artikel
ini akan dikaji secara eksperimental sifat blacklines yang dipengaruhi oleh medan magnet luar H. Akan ditunjukan
pula terjadinya transisi keadaan Defect ke Non-Defect pada tingkat edan magnet tertentu. Akhirnya akan ditunjukan
bahwa terdapat kaitan yang erat antara transisi Defect ke Non-Defect dengan transisi keadaan Chaotic ke keadaan
Teratur dalam sistem ini.
II. EKSPERIMEN
Untuk menjelaskan sifat-sifat transisi seperti yang telah disebutkan di atas telah kami lakukan percobaan dengan
menggunakan kristal cair nematik p-methoxy-benziliden- p’-n-buthyl-annyline MBBA yang di injeksikan di antara
dua elektroda transparan indium tin oxide ITO dengan diameter 12.9 mm dengan jarak d = 52 ± 1
μm. Rancangan dari percobaan yang telah kami lakukan pada dasarnya
12
Fah ser
pen Ko
sam 10
− sam
pir bes
Yo kam
den dig
pad ben
pix
B dila
me yan
[f-f fre
De kal
Sel me
Ke me
Ke bat
par dih
terl ini
citr dal
IV
S citr
tam yan
ber me
den Sel
ber pol
kai pan
hrudin Nugroh rupa dengan p
ngukuran dila onstanta diele
mpel adalah m −7Ω−1m−1. M
mpel secara k ranti elektro
sarnya medan okogawa 325
mera Sony ngan Mikrosk
gunakan untu da bidang x–y
ntuk data adal xel.
Berikut ini ad akukan untuk
enghindari pen ng digunakan
fLH] fLH kuensi Lifshit
engan demikia li ini selalu m
lanjutnya kam edan magnet a
emudaian tega enit sampai
emudian tegan tas konveksi s
rameter ε ≡
harapkan. Pro lampaui. Citr
kemudian dia ra pola kemud
lam bahasa C.
. HASIL DAN
Setelah dilaku ra seperti dit
mpak bahwa d ng lebih kua
rupa blackline enunjukan bah
ngan menera lain itu dap
rkurangnya ju la SMT sema
itan yang era njang blacklin
ho Tran percobaan yan
akukan pada ekrtik
ε|| dan masing-masin
Medan magne kolateral seja
omagnet T n magnet ini
1. Sebuah Ch XCL 5005
kop dan soft uk mengamati
y. Ukuran da lah 1.14 mm
dalah langkah k memperole
ngaruh perub n kami gunaka
= −0.5 dim
tz akibat peru an pola yang
merupakan po mi terapkan
ambang Fr ́eed
angan V dite keadaan ho
ngan listrik ter sampai dipero
≡ VVc2 − ses ini dilaku
ra dari pembe ambil dengan
dian dilakuka .
N PEMBAHA
ukan percoba tunjukan oleh
dengan meng at maka juml
es semakin be hwa pada ak
apkan besar pat diamati
umlah dan pan akin teratur. K
at antara kead nes yang teram
nsisi Keadaan
Jurna
ng telah sebelu suhu stabil
n konduktifita ng 6.4 ± 0.1
et konstan H ajar elektroda
TAMAGAWA i diukur deng
harged Coupl yang digun
tware DPX-C i dan menan
ari citra yang × 1.14 mm 1
-langkah perc eh data. Pert
ahan frekuens an frekuensi t
mana fLH a ubahan medan
selalu diamat ola oblique r
medan magn dericksz HF s
rapkan di ata omogen Cr
rsebut dinaika oleh paramete
−1 dengan ukan sampai k
entukan pola- selang waktu
an dengan Ima
ASAN
aan maka dap h Gambar 1.
genakan meda lah dan panj
erkurang. Gam khirnya blackl
medan magn pula bahwa
njang blacklin Karenanya ka
daan SMT de mati padanya.
Defect-Non D
al Fisika Indones
umnya [7]. Se 30.00 ± 0.0
as listrik σ||
and 8.7 ± 0 di kenakan p
a dihasilkan A GP060-6
gan Gauss m ed Device C
nakan bersam CLM 100 ba
ngkap citra S ditangkap da
1000 pixel × 1 cobaan yang t
tama-tama, un si f tegangan
ternormalkan adalah peruba
n magnet luar ti pada percob
rolls OR [7, net luar diba
elama satu m as VF selama
bisa terca an di atas amb
r kendali con magnitudo y
keadaan trans -pola pada sis
u 2 menit. Ana ageJ dan softw
pat diperoleh Dari Gamba
an magnet lua jang defect y
mbar 1 c dan lines akan hi
net luar terte seiring den
es maka citra ami menduga
engan jumlah Defect pada K
sia No: 50, Vol X ISSN : 1410-29
emua 5
◦C. dari
.1 × pada
dari 0R,
meter CD
maan asic
SMT alam
1000 telah
ntuk AC
η ≡ ahan
r [8]. baan
, 8]. awah
enit. a 10
apai. bang
ntrol yang
sient stem
alisa ware
data ar 1
ar H yang
n d ilang
entu. ngan
dari ada
dan
Ga
de pad
H
kea defe
blac citr
med terd
ben cob
fun lea
pec pad
bah ada
mem kea
terj Konveksi
XVII, Edisi Agus 94
