Bidirectional rotation control of a carbon fiber in nematic liquid crystal using AC electric field

 

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"Bidirectional rotation control of a carbon fiber in nematic liquid crystal using AC electric field", Jun-Yong Lee, Jeong-Seon Yu, and Jong-Hyun Kim*, Sci. Rep. 10 (2020) 18650

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요약하자면

네마틱 액정과 사용한 입자 (carbon fiber)의 대칭성 깨짐으로 부터, 전기장을 인가하여 시계 방향과 반시계 방향의 양방향 제어를 가능하게 한 연구이다.  양의 굴절률 이방성을 갖는 액정은 전기장을 인가하면 액정 director의 장축이 전기장과 나란한 방향으로 정렬하려는 성질을 갖는다. 이 때, 전기장을 인가하기 전의 director의 방향 (rubbidng direction or ground state)과 전기장이 완전히 수직하다면, director가 전기장과 나란해지기 위해 회전하는 방향은 시계 방향과 반시계 방향 중 무작위적으로 정해질 것이다. 따라서, 우리는 cell을 제작함에 있어 in-plane 전기장 방향에 대해 완전히 수직한 것이 아니라 약간의 각도가 있는 rubbing direction을 갖고 cell을 제작했다. 여기에 더해, 원래의 carbon fiber는 균일한 액정 내에서 전기장과 완전히 나란한 방향으로 정렬하지만, shape의 imperfection이 있는 carbon fiber의 경우에는 초기 stable orientation이 틀어 지게 된다. 이 각도가 rubbing direction과 반대 방향으로 비스듬하게 기울어진 carbon fiber에 대해 실험을 진행했다. 전기장을 인가할 경우, 액정은 전기장 방향으로 회전하는데 이 때 rubbing direction이 기울어진 방향으로 회전하며, 액정이 회전한 만큼 carbon fiber 역시 그 방향으로 회전하는 torque를 받는다. 반대로, carbon fiber는 전기장과 나란히 늘어서려하기 때문에 액정과의 상호작용과는 반대 방향의 torque를 작용 받는다. 어떤 상호작용이 dominantly 작용하는지에 따라 회전 방향을 결정할 수 있다.

 

소감

두 번 째 SCI(E)급 논문이다. 이것저것 실험해보다가 이상한 현상이 발견돼서 추가적으로 검증하다가 진행해본 실험이다. 실험에 관한 data를 먼저 잔뜩 쌓아놓고 관련된 이론들을 찾으면서 해석을 하는 경우가 많은데, 이 경우는 system을 구상하는 단계에서부터 이론적인 부분을 먼저 구축해놓고 실험적으로 검증하는 방식으로 진행됐다. 내가 짠 식과 실험 결과가 잘 일치할 때의 짜릿함은 이루 말할 수 없다. 약간의 아쉬움이라면 bidirectional controllability를 앞세워서 scientific reports에 내기 보다는, sysmmetry-borken system의 bistability라는 관점에 집중하여 다른 data를 보충해서 APS 쪽 journal을 노려봤으면 어땠을까하는 아쉬움이 지금은 좀 남는다. 앞선 2019년 논문에 대해서 언급할 때도 그랬지만, 당시에는 대학원 생활 기간에 비해 내가 내놓은 결과가 터무니 없이 적었기에 너무 성급하게 투고할 journal을 결정한 것 같은 아쉬움이 든다. 앞으로 잘 하자 앞으로.

 

이번에도 revision 과정이 순탄치는 않았다. referee는 두 분이었고, 두 분 다 액정물리 쪽에 해박하신 분들이었다. 공격 많이 받을 것은 처음부터 예상하고 submission을 한다고는 하지만 그래도 거침 없이 써있는 비판을 보고 있자면 눈물이 핑 돌기도 한다. 답변서 받은 당일은 하루 우울해있어도 된다고 생각하고 제쳐두고, 다음날부터 아마 차근차근 response letter를 준비했던 것 같다.

 

하면서

이 때, 내가 프로그램에 대한 역량이 많이 부족한 것을 느꼈다. 앞선 19년도의 논문 때의 simulation에서는 경로에 무관하게 변수만 바꾸어주면서 계산 값을 뽑으면 되는 것과는 다르게, 이 연구에선 경로 의존적 결과를 뽑아 냈어야 했는데, 지금 와서 생각해보면 별로 어렵지도 않은 것이 프로그램 얼마 다뤄보지도 않았던 나에게는 지옥과도 같은 시간이었다. 그리고 영어.... 항상 문제가 되는 건 영어가 아닌가 싶다.

 

20년 말에 이 논문이 published 됐으니까 이로부터 얼마 지나지 않아 코시국이 시작된 것 같다. 벌써 시간이 이렇게 되다니..