Flüssigkristalle sind eine Klasse anisotropischer weicher Materialien, die die Fließfähigkeit von Flüssigkeiten mit der geordneten Struktur von Kristallen verbinden. Aufgrund ihrer ausgeprägten anisotropen optischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften finden sie breite Anwendung in den Bereichen Display und Lichtsteuerung. Darüber hinaus sind Flüssigkristalle dank ihrer einzigartigen langreichweitigen Ordnung ein ideales Modell zur Untersuchung der Ordnungszustände kontinuierlicher Medien und des Symmetriebruchs. Allerdings ist die langreichweitige Ordnung von Flüssigkristallen nicht absolut stabil, und während des Selbstassemblierungsprozesses oder bei Störungen von außen treten häufig Defekte auf. Mit der Entwicklung der Physik der weichen Materie und der topologischen Feldtheorie hat sich das Verständnis von Flüssigkristalldefekten allmählich von „passiv gebildeten Defektstrukturen“ hin zu „programmierbaren Funktionseinheiten“ verschoben. In diesem Zusammenhang fasst dieser Artikel die Herkunft, Klassifikation, Bildungsmechanismen von Flüssigkristalldefekten sowie deren kontrollierte Strukturierung basierend auf Randbedingungen und deren Anwendungsperspektiven zusammen. Zunächst werden ausgehend von der physikalischen Definition von Defekten die Defekttypen wie Versetzungen und Stapelfehler sowie deren topologische Merkmale aufgearbeitet; anschließend wird die innere Verbindung zwischen der Orientierungordnung der Flüssigkristalle und der Defektbildung analysiert; danach werden aus drei verschiedenen Perspektiven der Einfluss unterschiedlicher Randbedingungen auf das Orientierungssystem der Flüssigkristalle betrachtet: die mikrostrukturierte Einschränkung an festen Grenzflächen, der spontane Verankerungseffekt an freien Grenzflächen und die Reaktion der Randbedingungen an fluiden weichen Grenzflächen unter äußeren Feldern. Abschließend werden die Anwendungsperspektiven topologischer Defekte in Flüssigkristallen in fortschrittlichen Bereichen wie topologischer Photonik, einstellbaren Lasern, mikrofluidischer Steuerung und kolloidaler Assemblierung skizziert.

Flüssigkristalle; topologische Defekte; Kontrolle; Orientierung; Grenzfläche