Новая фаза жидких кристаллов открывает двери во вселенную материалов

Более чем через 100 лет после того, как пара физиков-изобретателей впервые предложили новую фазу жидкого кристалла, ученым из Университета Колорадо в Боулдере удалось его создать, и они были "ошеломлены" его поведением. Эта новая "сегнетоэлектрическая нематическая" фаза доказала свою высокую чувствительность к электрическим полям, и, улучшая понимание ее уникального поведения, команда надеется, что она может привести к совершенно «новой вселенной» материалов.

Читай также: Физики создали незамерзающую воду

Истоки этого открытия можно проследить в начале XX века, когда нобелевские лауреаты Питер Дебай и Макс Борн начали размышлять над новым типом жидких кристаллов, отличающихся аккуратным расположением молекул, выровненных в одном направлении, а не случайным образом направленных влево или право.

Вскоре исследователи обнаружили твердые кристаллы, которые демонстрировали такое поведение, с молекулами, выровненными в однородных направлениях и способными переворачиваться при воздействии электрического поля. Эти "сегнетоэлектрические" твердые кристаллы отметили значительный прогресс в материалах, но жидкокристаллическая фаза, обладающая такими же характеристиками, до сих пор остается неясной.

Недавно обнаруженная фаза представляет собой форму нематического жидкого кристалла, которая предлагает сочетание характеристик, подобных жидкости и твердому телу, которые обеспечивают некоторые уникальные способности, а именно способность управлять светом. Благодаря этому они составляют основу ЖК-экранов и помогают вступить в эру портативных компьютеров.

Читай также: Физики нагрели воду до рекордной температуры

Нематические жидкие кристаллы состоят из стержнеобразных молекул, один конец которых несет положительный заряд, а другой - отрицательный. Типичный нематический жидкий кристалл имеет случайный ассортимент, в котором половина этих молекул направлена ​​влево, а другая половина - вправо. Идея сегнетоэлектрической нематической жидкой фазы позволит увидеть участки этих молекул, указывающие в одном направлении, понятие, называемое полярным упорядочением.

Ученые из Исследовательского центра мягких материалов Университета Колорадо в Боулдере экспериментировали с органической молекулой под названием RM734, которая, как было показано, демонстрирует обычную нематическую жидкокристаллическую фазу при высоких температурах и другую необычную фазу при более низких температурах.

Цвета во вновь открытой фазе сдвига жидких кристаллов в виде небольшого электрического поля
Играя с этой молекулой под микроскопом, команда заметила, что при воздействии слабого электрического поля на краях ячейки, содержащей жидкий кристалл, начали появляться смешанные яркие цвета. Дальнейшие исследования показали, что эта фаза RM734 была в 100-1000 раз более чувствительной к электрическим полям, чем ваши обычные нематические жидкие кристаллы, и что участки выровненных молекул образовались спонтанно, когда она охлаждалась от более высоких температур.

Читай также: Физики получили каплю сверхэкзотической электронной жидкости

"Это подтвердило, что эта фаза действительно была сегнетоэлектрической нематической жидкостью", - говорит Ноэль Кларк, профессор физики и руководитель исследовательской группы.

При более тщательном рассмотрении этих молекул ученые были «ошеломлены» тем, насколько аккуратно они были выровнены, причем почти все они были направлены в одном направлении. Соавтор Мэтт Глэйзер говорит, что сегнетоэлектрическая нематическая фаза жидкого кристалла "открывает дверь в новую вселенную материалов", которая может найти свой путь в новые типы экранов или компьютерных компонентов.

"Есть 40 000 исследовательских работ по нематике, и почти в любой из них вы видите интересные новые возможности, если нематик был сегнетоэлектрическим", - говорит Кларк.

Напомним, ранее сообщалось, что физики допустили существование танцующего кристалла.

Хотите знать важные и актуальные новости раньше всех? Подписывайтесь на Bigmir)net в Facebook и Telegram.

• Теги:
• физика
• кристаллы