Първоначално предложена през 1910 г. най-сетне е реализирана ново течно състояние на вещаствата.
Използвайки течнокристално съединение, учените откриват нова фероелектрична нематична фаза, която може да отвори цял нов клас материали и технологичен напредък.
Има много фази на течен кристал, но една от най-често срещаните е нематичната фаза. Това е фазата, която позволява технологиите за дисплеи с течни кристали, така че е обясним интересът на учените.
Такива фази се определят от това как се държат молекулите в материала. Течнокристалното съединение се състои от пръчковидни органични молекули с положително и отрицателно заредени краища, донякъде като истински мънички магнитни пръчки.
В нематична фаза тези молекули се разделят, като половината са ориентирани в една посока, а другата половина - в друга, подредени повече или по-малко на случаен принцип.
Но през 1910 г. двама физици - Питър Деби (Peter Debye) и Макс Борн (Max Born) - предлагат различен сценарий за подредба на молекулите.
Според техните два доклада, публикувани съответно през 1912 и 1916 г., трябва да е възможно да се проектира течен кристал по такъв начин, че молекулите да са с еднакво ориентирани полюси. Това означава, че трябва да има ясни петна, където полюсите на всички молекули са ориентирани в една и съща посока и тази посока да може да бъде обърната чрез прилагане на външни електрически полета.
Това свойство е добре документирано в твърдите кристали и е известно като фероелектричество - наречено така заради сходството си с феромагнетизма. Но въпреки че се е предполагало същото фероелектрично поведение в нематичен течен кристал, е останало неуловимо.
Тогава през 2017 г. екип от физици разкрива, че са разработили нова органична пръчковидна молекула, която може да бъде полезна като течен кристал - съединението RM734. В следващите проучвания RM734 показва някои необичайни поведения.
По-специално, при по-високи температури RM734 се държи като обикновена нематична течнокристална фаза, то когато температурите са по-ниски - молекулярната ориентация се деформира в „подвижна“ подредба според наблюденията.
Заинтригувани от това странно поведение авторите на новото изследване - физиците от Университета в Колорадо, Боулдър, започват по-подробно да проучват този материал.
Те се поставят RM734 под микроскоп с поляризирана светлина и му прилагат слабо електрическо поле, за да се опитат да индуцират нематична фаза.
Когато екипът на Кларк се опита да наблюдава тази странна фаза под микроскоп, те забелязаха нещо ново. Появява се палитра от поразителни цветове към краищата на клетката, съдържаща течния кристал RM734.
Изображения, показващи полярния преход във фероелектрични домейни с противоположна полярна ориентация при T = 120 ° C. Кредит: Chen et al., PNAS, 2020
Изображения на новата фаза на течен кристал под микроскопа. Ромбовидните форми разкриват "домейни", в които почти всички молекули приемат една и съща ориентация, както е показано със стрелките (отдолу). Кредит: SMRC
Допълнителните тестове разкриват, че тази фаза на RM734 е между 100 и 1000 пъти по-чувствителна към външни електрически полета, отколкото други нематични течни кристали.
И когато се охладят от по-високите температури, се появяват спонтанно в пробата подредени участъци, като почти всички молекули във всеки участък са насочени в една и съща посока.
Микроскопско изображение на красивите цветове, наблюдавани в новата фаза на течния кристал. Кредит: SMRC
"Това потвърди, че тази фаза наистина е фероелектрична нематична течност", заяви Ноел Кларк, професор по физика и директор на Центъра за изследване на меките материали на Университета в Колорадо Боулдър (SMRC).
Авторите все още не са сигурни как или защо RM734 показва тази фероелектрична нематична фаза, но съществуването й подсказва, че може да са възможни повече фероелектрични течности - такива, които тепърва ще бъдат открити.
Това от своя страна би могло да доведе до нова нематична физика и нови технологии, включително до изобилие от технологични иновации - от нови видове екрани до нов тип компютърна памет.
"Има 40 000 изследователски работи за нематици и в почти всяка една от тях се виждат интересни нови възможности, ако нематикът стане фероелектрик", коментира Кларк.
Справка: First-principles experimental demonstration of ferroelectricity in a thermotropic nematic liquid crystal: Polar domains and striking electro-optics, DOI: 10.1073/pnas.2002290117 , www.pnas.org/content/early/2020/06/09/2002290117
Източник:
Scientists Have Found a New Liquid Phase After 100 Years of Searching, sciencealert
After a century of searching, scientists find new liquid phase, University of Colorado at Boulder
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари