Flüssigkristalle sind eine Klasse anisotroper weicher Materialien, die Flüssigkeitsflussfähigkeit mit kristalliner Ordnung verbinden. Aufgrund ihrer ausgeprägten anisotropen optischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften finden sie breite Anwendung in den Bereichen Display und optische Steuerung. Darüber hinaus sind Flüssigkristalle dank ihrer einzigartigen langreichweitigen Ordnung ein ideales Modell zur Untersuchung der Ordnung in kontinuierlichen Medien und der Symmetriebrechung geworden. Allerdings ist die langreichweitige Ordnung von Flüssigkristallen nicht absolut stabil; während der Selbstassemblierung oder unter äußeren Störungen entstehen häufig Defekte. Mit der Entwicklung der Physik weicher Materialien und der topologischen Feldtheorie hat sich das Verständnis von Defekten in Flüssigkristallen allmählich von „passiv gebildeten Defektstrukturen“ hin zu „programmierbaren Funktionseinheiten“ entwickelt. Daher gibt diese Arbeit einen Überblick über die Entstehung, Klassifizierung, Bildungsmechanismen sowie die kontrollierte Konstruktion von Flüssigkristalldefekten basierend auf Randbedingungszwängen und deren Anwendungsperspektiven. Zunächst werden ausgehend von der physikalischen Definition von Defekten Defekttypen wie Versetzungen und Stufenfehler sowie deren topologische Merkmale dargestellt; anschließend wird die innere Verbindung zwischen der orientierungsgeordneten Flüssigkristallstruktur und der Defektbildung analysiert; darauf folgend werden unter Berücksichtigung verschiedener Randbedingungen drei Perspektiven zur kontrollierten Realisierung von Flüssigkristalldefekten hinsichtlich ihrer räumlichen Position und Konfiguration diskutiert: mikrostrukturelle Beschränkungen an festen Grenzflächen, der spontane Verankerungseffekt an freien Grenzflächen sowie die Reaktion der Randbeschränkungen an weichen Fluid-Grenzflächen unter Einfluss eines externen Feldes. Abschließend werden Anwendungsfelder für topologische Flüssigkristalldefekte in zukunftsweisenden Bereichen wie topologischer Photonik, einstellbaren Lasern, Mikrofluidsteuerungen und kolloidaler Assemblierung skizziert.

Flüssigkristalle; topologische Defekte; Steuerung; Orientierung; Grenzfläche