«Обычно дефекты — это последнее, что вам нужно в жидком кристалле», — объясняет Джузеппе Д’Адамо, научный сотрудник SISSA. "Однако этот новый метод позволяет нам использовать дефекты материала в наших интересах."Д’Адамо — первый автор статьи, только что опубликованной в Physical Review Letters. В ходе исследования были созданы компьютерные модели коллоидных суспензий в жидких кристаллах, подверженных воздействию электрических полей, модулированных во времени.
Коллоиды — это частицы в суспензии (i.е., состояние на полпути между дисперсией и раствором) в жидкости.
Эти композитные материалы уже некоторое время привлекают большое внимание из-за их оптических свойств, но использование электрических полей для их модификации по желанию является абсолютной новинкой. «Наше моделирование демонстрирует, что путем включения или выключения электрического поля соответствующей интенсивности мы можем изменить порядок коллоидов, разместив их в столбцы или плоскости», — комментирует Кристиан Микелетти из SISSA, соавтор статьи. «Эта пластичность, которую легко контролировать, может сделать материал пригодным для оптико-электронных устройств, таких как электронные книги, например."
Жидкие кристаллы — это особые типы жидкостей. В нормальной жидкости молекулы не имеют систематического расположения и, если смотреть под любым углом, всегда выглядят одинаково.
Напротив, молекулы, образующие жидкие кристаллы, расположены в точном порядке, часто определяемом их формой. Чтобы получить представление о том, что происходит в жидком кристалле, представьте жидкость, состоящую из крошечных иголок, которые вместо того, чтобы располагаться хаотично, все указывают в одном направлении.
Это также означает, что если мы посмотрим на жидкость с разных точек зрения, она изменится по внешнему виду, например, станет светлее или темнее (вы когда-нибудь видели, чтобы это происходило на ЖК-мониторах, особенно в старых моделях?).
"Полезной естественной тенденции молекул жидких кристаллов к самопроизвольному расположению в определенном порядке можно противодействовать путем введения коллоидов в жидкость.
В нашем случае мы использовали микроскопические сферические частицы, которые «заставляют» молекулы, входящие в контакт с их поверхностью, адаптироваться и вращаться в другом направлении », — объясняет Д’Адамо. "Это создает" дефектные линии "в материале, я.е., описанные вариации ориентации молекул, которые приводят к локальному изменению оптических свойств среды."
Эти линии дефектов имеют важное значение: они обеспечивают возможность удаленного взаимодействия между коллоидными частицами, удерживая их вместе, как если бы они были тонкими нитками. "Молекулы жидких кристаллов имеют тенденцию выстраиваться вдоль электрического поля. Включая и выключая поле, мы создаем конкуренцию между спонтанным порядком жидкого кристалла, порядком, определяемым поверхностью коллоидных частиц, и, наконец, порядком, создаваемым электрическим потенциалом », — говорит Микелетти. "Эта конкуренция приводит к появлению множества дефектных линий, которые действуют на коллоиды, перемещая их или собирая их в кластеры."
«Это немного похоже на то, как дергать за невидимые ниточки марионетки: тщательно модулируя электрические поля, мы, в принципе, можем заставить все частицы двигаться и располагать их так, как нам нравится, создавая линии дефектов той формы, которую мы хотим», — продолжает Д ‘ Адамо. «Важной деталью является то, что коллоидные конфигурации являются метастабильными, что означает, что после выключения электрического поля коллоиды остаются в своем последнем положении в течение очень долгого времени."
Вкратце, это означает, что системе требуется энергия только при изменении конфигурации, что является значительной экономией. «В этом отношении метод работает так же, как электронные чернила, используемые в цифровых ридерах, и было бы интересно изучить его применимость в этом смысле», — заключает Мичелетти. Исследование, проведенное в сотрудничестве с SISSA, Эдинбургским университетом и Университетом Падуи, было включено в список рекомендаций редакции журнала Physical Review Letters.
