Byly vytvořeny nové tekuté krystaly, které vypadají jako pevné krystaly. Mohou vylepšovat počítačové a televizní pořady

Vědci vytvářejí tekuté krystaly, které jsou velmi podobné jejich pevným protějškům.

Tým společnosti Boulder na univerzitě v Coloradu vyvinul nové typy tekutých krystalů, které odrážejí složité struktury některých pevných krystalů. Významný krok vpřed v budování tokových materiálů, které mohou odpovídat pestré paletě minerálů nalezených v drahokamech, od lazulitu po topaz

Výsledky skupiny zveřejněné v časopise 10. února 2021 Příroda:, jednoho dne může vést k novým typům inteligentních oken և TV nebo počítačové displeje, které lze naklonit և ovládat světlo jako nikdy předtím.

Výsledky dosahují vlastnosti pevných krystalů, kterou zná mnoho chemiků a gemologů: symetrie.

Ivan Smaluch, profesor na katedře fyziky Boulderovy fakulty UK, vysvětlil, že vědci klasifikují všechny známé krystaly do sedmi základních tříd plus mnoho dalších podtříd založených částečně na „operacích symetrie“ jejich vnitřních atomů. Jinými slovy, kolik způsobů můžete vložit imaginární zrcadlo do krystalu nebo jej otočit, abyste viděli stále stejnou strukturu? Představte si tento klasifikační systém jako 32 příchutí Baskin-Robbins, ale pro minerály.

Doposud však vědci nebyli schopni vytvářet tekuté krystaly, tekuté materiály nalezené v moderních zobrazovacích technologiích, které mají stejnou chuť.

„Víme vše o možných podílech pevných krystalů, které můžeme vyrobit. Je jich 230, “uvedl Smalukh, hlavní autor nové studie, který je také členem Institutu obnovitelné energie UK Boulder (RASEI). „Pokud jde o nematické tekuté krystaly, které jsou zobrazeny na většině displejů, máme zatím jen několik, které byly dosud zobrazeny.“

Tedy až do teď.

Nematický tekutý krystal

Tradiční „nematický“ tekutý krystal viděný pod mikroskopem. Půjčka: Smalyuk Laboratory

Ve svém nejnovějším objevu našel Smalukh a jeho kolegové způsob, jak navrhnout první tekuté krystaly, které se podobají monoklinickým ortohrombotickým krystalům. Dvě z těchto sedmi základních tříd pevných krystalů. Podle něj nálezy přinášejí chaotickému světu tekutin trochu větší pořádek.

„Existuje mnoho možných druhů tekutých krystalů, ale zatím jich bylo nalezeno jen velmi málo,“ řekl Smalyukh. „To je skvělá zpráva pro studenty, protože toho lze najít mnohem více.“

Symetrie v akci

Abyste pochopili symetrii krystalů, nakreslete nejprve své tělo. Pokud umístíte své obří zrcadlo pod střed vaší tváře, uvidíte odraz, který vypadá víceméně jako stejná osoba.

Pevné krystaly mají takové vlastnosti. Krychlové krystaly, které například obsahují diamanty և pyrit, jsou tvořeny atomy uspořádanými do dokonalých krychlí. Mají spoustu operací symetrie.

„Pokud například tyto krystaly otočíte o 90 nebo 180 stupňů kolem velmi specifických os, zůstanou všechny atomy na správných místech,“ řekl Smalykh.

Monoklinický tekutý krystal

Graf ukazující uspořádání diskových molekul v monoklinickém tekutém krystalu ve dvou poměrech. Půjčka: Smalyuk Laboratory

Existují však i jiné druhy krystalů. Atomy uvnitř monoklinických krystalů, které zahrnují sádru nebo lazulit, jsou uspořádány tak, že vypadají jako šikmý sloupec. Otočte nebo otočte tyto krystaly, jak si přejete; stále mají jen dvě jasné symetrie. Jedna zrcadlová rovina և jedna osa otáčení o 180 stupňů nebo symetrie, kterou můžete vidět otočením krystalu kolem osy և a všimnete si, že každých 180 stupňů vypadá stejně. Vědci tomu říkají podmínka „nízké symetrie“.

Tradiční tekuté krystaly však takové složité struktury nevykazují. Například nejběžnější tekuté krystaly jsou tvořeny malými molekulami ve formě tyčí. Pod mikroskopem mají tendenci se srovnávat jako suché těstoviny nudle hodené do kastrolu, říká Smalyuk.

„Když věci mohou plynout, obvykle nevykazují tak nízké proporce,“ řekl Smalyuk.

Objednávka v kapalinách

On a jeho kolegové chtěli zjistit, zda by to mohli změnit. Nejprve tým smíchal dva různé typy tekutých krystalů. První byla obecná třída tyčinkovitých molekul. Druhý byl tvořen částicemi jako ultratenké disky.

Když je vědci shromáždili, všimli si něčeho zvláštního. V laboratoři se za správných podmínek tyto dva typy krystalů navzájem tlačily a mačkovaly a měnily svou orientaci a uspořádání. Konečným výsledkem byla nematická kapalná krystalická kapalina se symetrií, která je velmi podobná pevnému monoklinickému krystalu. Uvnitř molekuly vykazovaly určitou symetrii, ale pouze jedna zrcadlová rovina – jedna osa otáčení o 180 stupňů.

Jinými slovy, skupina vytvořila látku s matematickými vlastnostmi lasulitu nebo sádrovce, ale mohla proudit jako kapalina.

„Ptáme se na velmi zásadní otázku. Jakým způsobem lze kombinovat kapalný iont v jedné látce? Řekl Smalyukh.

A výtvory týmu jsou dynamické. Pokud například zahříváte nebo chladíte tekuté krystaly, můžete je tvarovat do duhy různých struktur, z nichž každá má své vlastní vlastnosti, říká Haridas Mundur, hlavní autor nového dokumentu. , Je to docela výhodné pro inženýry.

„Nabízí řadu nástrojů, které mohou změnit zobrazovací technologie, které mohou zvýšit energetickou účinnost zařízení, jako jsou smartphony,“ řekl Mundur, docent postgraduálního výzkumu na CU Boulder.

Nikde se svými kolegy nevyrábí tekuté krystaly, které mohou replikovat celé spektrum pevných krystalů. Nové noviny je ale přibližují více než kdy dříve. Dobrá zpráva pro fanoušky lesklých věcí všude.

Odkaz. Haridas Mundoor, Jin-Sheng Wu, Henricus H. Wensink և Ivan I. Smalyukh, „rm hermeneuticky převedené monoklinické nematické koloidní tekutiny“, 2021 10. února Příroda:,
DOI: 10.1038 / s41586-021-03249-0:

Dalšími spoluautory nového článku jsou Wu-Sheng (ason Eason) Wu, postgraduální student na CU Boulder, a Henrikus Wensink z University of Paris-Sakla.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Lipidy na membráně mozkových buněk jsou kvůli léčbě Alzheimerovy choroby většinou přehlíženy

Byly vytvořeny vazby mezi lipidovou nerovnováhou a onemocněním, kdy změny lipidů zvyšují tvorbu amyloidových plaků, což je rys Alzheimerovy choroby. Tato nerovnováha inspirovala...

Astrofyzici jsou překvapeni neočekávanými účinky černých děr mimo jejich vlastní galaxie

Umělecká kompozice supermasivní černé díry, která reguluje vývoj jejího prostředí. Autor obrázku: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC) a Dylan Nelson (Illustris-TNG) Ve středu téměř každé...

Největší australský dinosaurus – jižní titán – právě vstoupil do knih rekordů!

Australotitan cooperensis, „Southern Titan of the Cooper“. Fotografický kredit: Vlad Konstantinov, Scott Hocknull © Eromanga Natural History Museum Co je to basketbalové hřiště tak...

„Paralelní reaktory“ na bázi fotonických krystalových vláken odhalují kolektivní analogie hmotných a solitárních molekul

A. Schéma paralelních optických solitonových reaktorů založené na dutině prstencového vláknového laseru s režimem blokování. Časová optomechanická (OM) mříž umožněná fotonickými krystalovými...

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Newsletter

Subscribe to stay updated.