Ученые нашли новую жидкую фазу после 100 лет поисков
Есть много фаз жидкого кристалла, но одна из наиболее распространенных — нематическая. Эта фаза стала основой технологии жидкокристаллического дисплея, поэтому вы, вероятно, можете понять, почему ученые заинтересованы в обнаружении новых фаз.
Фазы определяются тем, как молекулы ведут себя внутри материала. Жидкокристаллическое соединение состоит из стержнеобразных органических молекул с положительно и отрицательно заряженными концами, представляя собой крошечные магниты.
В нематической фазе молекулы разделяются по направлению наклона: половина указывает в одну сторону, а другая половина — обратную. Но в 1910-х годах два физика, Питер Дебай и Макс Борн, предложили другой сценарий молекулярного устройства.
Согласно двум статьям, опубликованным ими в 1912 и 1916 годах, должна быть возможность сконструировать жидкий кристалл таким образом, чтобы молекулы впадали в состояние полярного порядка — все молекулы ориентированы в одном направлении, и направлением этим можно управлять с помощью внешних электрических полей.
Затем, в 2017 году, группа физиков сообщила о разработке новой органической молекулы в виде стержня — RM734, которая демонстрировала необычное поведение. Она вела себя как при обычной нематической жидкокристаллической фазе, а при более высоких температурах ее поведение становилось более необычным. Именно здесь начинается новое исследование — физиков из Университета Колорадо заинтересовало странное поведение и они рассмотрели его ближе.
Они долго разглядывали RM734 под микроскопом, использовали поляризованный свет и применяли слабое электрическое поле, в попытке вызвать сплит-нематическую фазу.
В результате ученые обнаружили то, чего не ожидали: яркие цветные пятна по краям ячеек, содержащих жидкий кристалл RM734.
«Это как если бы вы подключали лампочку к розетке и вдруг обнаружили, что розетка и провода светятся гораздо ярче лампы», — сказал физик Ноэль Кларк.
Дальнейшие испытания показали, что в данной фазе RM734 оказалась в 100-1000 раз чувствительнее к внешним электрическим полям, чем прочие нематические жидкие кристаллы: молекулы демонстрируют полярный порядок, причем почти все молекулы были направлены в одном направлении.
«Это подтвердило, что данная фаза действительно является сегнетоэлектрической нематической жидкостью», — сказал Кларк.