Creați noi cristale lichide care să arate ca niște cristale solide – pot îmbunătăți emisiunile pentru PC și TV

Oamenii de știință creează cristale lichide care seamănă foarte mult cu omologii lor rigizi.

O echipă de la Universitatea din Colorado Boulder a proiectat noi tipuri de cristale lichide care reflectă structurile complexe ale unor cristale solide – un pas major în construirea materialelor curgătoare care se pot potrivi cu varietatea multicoloră de forme văzute în minerale și bijuterii, de la lazulit la topaz

Descoperirile grupului, publicate pe 10 februarie 2021, în jurnal Natură, ar putea duce într-o zi la noi tipuri de ferestre inteligente și emisiuni TV sau computerizate care pot îndoi și controla lumina ca niciodată.

Rezultatele vin într-o proprietate a cristalelor solide care vor fi familiare multor chimisti si gemologi: Simetria.

Ivan Smalyukh, profesor la Departamentul de Fizică al CU Boulder, a explicat că oamenii de știință clasifică toate cristalele cunoscute în șapte clase majore, plus multe alte subclase – bazate parțial pe „operațiile de simetrie” ale atomilor lor interni. Cu alte cuvinte, în câte moduri puteți monta o oglindă imaginară în interiorul unui cristal sau rotiți-l și vedeți în continuare aceeași structură? Gândiți-vă la acest sistem de clasificare ca la 32 de parfumuri Baskin-Robbins, dar pentru minerale.

Cu toate acestea, până în prezent, oamenii de știință nu au reușit să creeze cristale lichide – materiale care curg, găsite în majoritatea tehnologiilor moderne de afișare – care vin în aceleași arome.

„Știm totul despre toate simetriile posibile de cristal solid pe care le putem face. Sunt 230 dintre aceștia ”, a spus Smalyukh, autorul principal al noului studiu, care este, de asemenea, membru al Institutului pentru Energie Regenerabilă și Durabilă (RASEI) de la CU Boulder. „Când vine vorba de cristale lichide nematice, tipul celor mai multe ecrane, avem doar câteva care au fost demonstrate până acum.”

Adică până acum.

Nematic Crystal Liquid

Un cristal lichid tradițional, „nematic”, văzut la microscop. Credit: Smalyukh Lab

În ultimele lor descoperiri, Smalyukh și colegii săi au venit cu o modalitate de a proiecta primele cristale lichide care seamănă cu cristalele monoclinice și ortorombice – două dintre cele șapte clase majore de cristale solide. Constatările, a spus el, aduc un pic mai multă ordine în lumea haotică a lichidelor.

“Există multe tipuri posibile de cristale lichide, dar, până acum, s-au descoperit foarte puține”, a spus Smalyukh. „Aceasta este o veste minunată pentru studenți, pentru că mai sunt multe de găsit”.

Simetria în acțiune

Pentru a înțelege simetria în cristale, prezentați-vă mai întâi corpul. Dacă așezați o oglindă uriașă care rulează în mijlocul feței, veți vedea o reflecție care arată (mai mult sau mai puțin) ca aceeași persoană.

Cristalele solide au proprietăți similare. Cristalele cubice, care includ diamante și pirită, de exemplu, constau din atomi dispuși sub forma unui cub perfect. Au o mulțime de operații de simetrie.

“Dacă rotiți aceste cristale cu 90 sau 180 de grade în jurul multor axe separate, de exemplu, toți atomii rămân în locurile potrivite”, a spus Smalyukh.

Cristale lichide monoclinice

Grafic care prezintă dispunerea moleculelor în formă de disc într-un cristal lichid monoclinic cu două simetrii. Credit: Smalyukh Lab

Dar există și alte tipuri de cristale. Atomii din cristalele monoclinice, care includ gips sau lazuli, sunt dispuși într-o formă care arată ca o coloană înclinată. Rulați sau rotiți aceste cristale tot ce doriți și încă mai au doar două simetrii distincte – un plan oglindă și o axă de rotație de 180 de grade, sau simetria pe care o puteți vedea rotind un cristal în jurul unei axe și observând că apare la fel la fiecare 180 de grade. Oamenii de știință o numesc o condiție de „simetrie scăzută”.

Cu toate acestea, cristalele lichide tradiționale nu prezintă acele tipuri de structuri complexe. Cele mai frecvente cristale lichide, de exemplu, sunt alcătuite din molecule mici în formă de tijă. La microscop, tind să se alinieze ca niște tăiței de paste uscate aruncate într-o oală, a spus Smalyukh.

„Când lucrurile pot curge, de obicei nu prezintă o simetrie atât de scăzută”, a spus Smalyukh.

Aranjați în sucuri

El și colegii săi au vrut să vadă dacă o pot schimba. Pentru început, echipa a amestecat două tipuri diferite de cristale lichide. Prima a fost clasa obișnuită a moleculelor în formă de tijă. Al doilea a constat din particule formate ca discuri ultra-subțiri.

Când cercetătorii i-au adus împreună, au observat ceva ciudat: în condițiile potrivite în laborator, cele două tipuri de cristale se împing și se strâng reciproc, schimbându-și orientarea și dispunerea. Rezultatul final a fost un fluid de cristal lichid nematic cu simetrie care seamănă foarte mult cu cel al unui cristal solid monoclinic. Moleculele din interior au arătat o oarecare simetrie, dar numai un plan oglindă și o axă de rotație de 180 de grade.

Grupul a creat, cu alte cuvinte, un material cu proprietățile matematice ale unui cristal de lazulit sau gips – dar puteau curge ca un lichid.

„Punem o întrebare foarte crucială: Care sunt modalitățile prin care puteți combina ordinea și fluența într-un singur material?” Tha Smalyukh.

Și creațiile echipei sunt dinamice: dacă încălziți cristale lichide sau le răciți, de exemplu, le puteți transforma într-un curcubeu de structuri diferite, fiecare cu propriile proprietăți, a spus Haridas Mundoor, autorul principal al noii lucrări. Acest lucru este destul de util pentru ingineri.

„Oferă o varietate de modalități prin care se pot modifica tehnologiile de afișare, care pot crește eficiența energetică în performanța dispozitivelor precum smartphone-urile”, a declarat Mundoor, un asociat de cercetare postdoctorală la CU Boulder.

El și colegii săi nu sunt încă aproape de a face cristale lichide care pot replica întregul spectru al cristalelor solide. Dar noul ziar îi aduce mai aproape ca niciodată – vești bune pentru fanii lucrurilor strălucitoare de pretutindeni.

Referință: „Fluide nematice coloidale termice reconfigurabile clinic” de Haridas Mundoor, Jin-Sheng Wu, Henricus H. Wensink și Ivan I. Smalyukh, 10 februarie 2021, Natură.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03249-0

Alți co-autori ai noii lucrări includ Jin-Sheng (Jason) Wu, student absolvent la CU Boulder, și Henricus Wensink de la Université Paris-Saclay.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Procesul de tratament în rara morgă „carapace noroioase” a mumiei egiptene a fost expus – acesta este un caz de eroare

O figură mumificată și un sicriu în colecția Nicholson a Muzeului Aripii Chau Chuck de la Universitatea din Sydney. O persoană mumificată înfășurată...

Praful de asteroizi găsit în crater închide cazul care a ucis dinozaurii

Cercetătorii cred că au închis cazul în care dinozaurii au fost uciși și au legat definitiv dispariția lor de un asteroid care a lovit...

Noua descoperire poate explica asimetria confuză a protonului

Reprezentarea grafică a protonului. Sferele mari reprezintă cele trei quarcuri de valență, sferele mici reprezintă celelalte quarkuri care formează protonul, iar arcurile reprezintă...

Detectarea COVID-19 cu un autocolant pe piele

Inginerii Universității din Missouri promovează piața comercială a bioelectronicii îmbrăcate prin dezvoltarea unui plan de producție la scară largă pentru un dispozitiv personalizabil capabil...

Instrument gratuit de bioinformatică pentru a repeta repetițiile simple ale genotipului digital

SSRgenotyper este un instrument de bioinformatică nou dezvoltat, care permite cercetătorilor să genotipeze digital populațiile în serie folosind repetări de secvențe simple (SSR), o...

Newsletter

Subscribe to stay updated.