Spontaneous symmetry breaking is a fundamental phenomenon that is widely observed in nature. It occurs in diverse scale systems from subatomic particles to the early universe. Understanding spontaneous symmetry breaking is important because it can lead to a deeper understanding of the fundamental physical phenomena. Moreover, it has the potential to accelerate the development of next-generation technologies such as quantum computing, new energy sources based on subatomic particles, and the creation of new materials. However, many of these phenomena occur in systems that are either too small or too large to investigate experimentally. Therefore, it is necessary to introduce mesoscale model system that can accurately replicate these phenomena in a controlled environment. In this thesis, we have proposed analogues for spontaneous symmetry breaking in nature with liquid crystalline materials. We could fabricate diverse symmetry-broken patterns at the micrometer scale with the liquid crystals and extensively investigated these patterns to gain a deeper insight underlying spontaneous symmetry breaking. Furthermore, we presented several practical applications using optical signals generated from these patterns.
자연에서 관측되는 기본적인 현상 중 하나인 자발적 대칭성 깨짐은 아원자 입자에서부터 초기 우주까지 다양한 크기 체계에서 발생합니다. 이러한 현상을 이해하는 것은 기본 물리 현상에 대한 근본적 이해를 이끌어 낼 수 있기 때문에 중요합니다. 또한, 양자 컴퓨팅, 아원자 입자를 기반으로 한 새로운 에너지원 개발, 새로운 재료 개발 등의 차세대 기술 발전에도 기여할 수 있습니다. 그러나 이 현상들은 실험적으로 분석하기에는 시스템의 크기가 너무 작거나 너무 큰 경우가 많습니다. 따라서 제어된 환경에서 이러한 현상들을 정확하게 재현할 수 있는 중간 규모 모델 시스템을 도입하는 것이 필요합니다. 이 논문에서는 액정상 물질을 이용하여 자연에서 발생하는 자발적 대칭성 깨짐 현상의 모사체를 제안하였습니다. 우리는 액정상 물질로 마이크로미터 스케일에서 다양한 대칭 파괴 패턴을 제작하고, 이러한 패턴을 연구하여 자발적 대칭성 깨짐의 근본적인 메커니즘을 깊이 이해했습니다. 또한, 이러한 패턴에서 발생하는 광 신호를 이용한 다양한 실용적 응용을 제시했습니다.
