Η έρευνα αποκαλύπτει πώς εμφανίζεται πρώτα η τάξη σε υγρούς κρυστάλλους
Μία από τις σημαντικότερες ιδιότητες των υγρών κρυστάλλων είναι η ικανότητά τους να σχηματίζουν διαταγμένες δομές. Αυτή η παραγγελία είναι απαραίτητη για τις οπτικές ιδιότητες των υλικών και την ικανότητά τους να λειτουργούν ως οθόνες και άλλες συσκευές.
Πώς ακριβώς εμφανίζεται η σειρά σε υγρούς κρυστάλλους ήταν ένα θέμα συζήτησης και έρευνας εδώ και δεκαετίες. Τώρα, μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Κολοράντο Boulder και το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) χρησιμοποίησε μια ισχυρή τεχνική ακτίνων Χ για να καταγράψει τις πρώτες άμεσες εικόνες της διαδικασίας παραγγελίας, μια ανακάλυψη που θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέες και βελτιωμένες συσκευές που βασίζονται σε υγρό-κρυκτά.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Communications.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια τεχνική που ονομάζεται φασματοσκοπία συσχέτισης φωτονίων ακτίνων Χ (XPCs) για να μελετήσει τη διαδικασία παραγγελίας σε υγρούς κρυστάλλους. Το XPCS είναι μια τεχνική που επιτρέπει στους ερευνητές να μετρήσουν τη δυναμική των υλικών στη νανοκλίμακα.
Στα πειράματά τους, οι ερευνητές θερμάνουν ένα δείγμα υγρού κρυστάλλου σε θερμοκρασία ακριβώς κάτω από το σημείο στο οποίο θα μεταβαίνει από υγρό σε κρυσταλλική φάση. Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν XPCs για να μετρήσουν τις διακυμάνσεις της πυκνότητας των μορίων υγρών κρυστάλλων, καθώς άρχισαν να ταξινομούν τους εαυτούς τους σε κρυσταλλική δομή.
Οι μετρήσεις XPCs των ερευνητών αποκάλυψαν ότι η διαδικασία παραγγελίας σε υγρούς κρυστάλλους συμβαίνει σε δύο στάδια. Στο πρώτο βήμα, τα μόρια σχηματίζουν μικρά, διατεταγμένα συστάδες που κατανέμονται τυχαία σε όλο το υγρό. Στο δεύτερο βήμα, αυτές οι μικρές συστάδες μεγαλώνουν και συγχωνεύονται μαζί, σχηματίζοντας τελικά ένα μόνο, μεγάλο, διατεταγμένο κρύσταλλο.
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι ο σχηματισμός συστάδων πριν από το σχηματισμό ενός μόνο κρυστάλλου οφείλεται στο γεγονός ότι τα μόρια υγρών κρυστάλλων έχουν έντονη τάση να ευθυγραμμίζονται με τους γείτονές τους. Αυτή η τάση ευθυγράμμισης οδηγεί στο σχηματισμό μικρών, διατεταγμένων συστάδων, οι οποίες στη συνέχεια λειτουργούν ως θέσεις πυρήνωσης για την ανάπτυξη του ενιαίου κρυστάλλου.
Τα ευρήματα των ερευνητών έχουν σημαντικές συνέπειες για το σχεδιασμό και την ανάπτυξη συσκευών με βάση το κρυπτογραφημένο υγρό. Με την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η σειρά εμφανίζεται πρώτα σε υγρούς κρυστάλλους, οι ερευνητές μπορούν να ελέγξουν καλύτερα τις οπτικές ιδιότητες αυτών των υλικών και συσκευών σχεδιασμού που έχουν βελτιώσει την απόδοση.
Αναφορές
Το χαρτί μπορεί να βρεθεί εδώ:https://www.nature.com/articles/s41467-023-36317-0
Ένα προσβάσιμο ειδησεογραφικό άρθρο από το Πανεπιστήμιο του Κολοράντο, Boulder μπορεί να βρεθεί εδώ:https://www.colorado.edu/today/2023/03/14/ordering-liquid-crystals-revealed
