Po 100 rokoch hľadania našli novú kvapalnú fázu. Môže otvoriť dvere novej technológii

Kvapalný krystál je stav hmoty, ktorého vlastnosti sú prechodom medzi kvapalným a pevným skupenstvom. Môže teda tiecť ako kvapalina, ale zároveň má usporiadané a orientované molekuly ako kryštál.

Existuje veľa fáz kvapalných kryštálov, ale jednou z najbežnejších je nematická fáza. Ide o druh, ktorý umožňuje z kvapalných kryštálov výrobu LCD displejov. Tieto fázy sú definované tým, ako sa molekuly v materiáli správajú.

Zlúčeninu z kvapalných kryštálov tvoria tyčovité organické molekuly s pozitívne a negatívne nabitými koncami, trochu ako malé tyčové magnety. V nematickej fáze sú tieto molekuly rozdelené tak, že jedna polovica má jeden smer a druhá polovica druhý, pričom ich usporiadanie je viac-menej náhodné.

Na začiatku 20. storočia fyzici Peter Debye a Max Born navrhli iný scenár usporiadania molekúl. Podľa ich článkov z rokov 1912 a 1916 by malo byť možné navrhnúť kvapalný kryštál takým spôsobom, aby molekuly boli v stave "polárneho poriadku". To znamená, že by mali existovať jasné škrvny, kde sú póly molekúl všetky orientované rovnakým smerom a tento smer sa môže prevrátiť použitím vonkajších elektrických polí.

Takáto vlastnosť je dobre zdokumentovaná v tuhých kryštáloch, je známa ako feroelektrina - pomenovaná kvôli jej podobnosti s feromagnetizmom. Aj keď sa v nematických kvapalných kryštáloch predpokladalo rovnaké feroelektrické správanie, zostalo nepolapiteľné.

V roku 2017 tím fyzikov vyvinul novú tyčovú organickú molekulu, ktorá by mohla byť užitočná pre kvapalné kryštály - zlúčeninu RM734. V nasledujúcich štúdiách RM734 vykazovala neobvyklé správanie.

Zatiaľ čo sa RM734 správala ako konvenčná nematická fáza z kvapalných kryštálov pri vyšších teplotách, jej správanie bolo neobvyklejšie, keď boli teploty nižšie - bola pozorovaná deformácia orientácie molekúl v "zošikmenom" usporiadaní.

Fyzikov z Coloradskej univerzity zaujalo toto zvláštne správanie a pozreli sa naňho v novom výskume uverejnenom v časopise The Proceedings of the National Academy of Sciences. Pod mikroskopom s polarizovaným svetlom aplikovali slabé elektrické pole, aby sa pokúsili vyvolať zošikmenú nematickú fázu. Toto usporiadanie sa síce neobjavilo, ale udialo sa niečo iné. Škvrny jasných farieb okolo okrajov bunky obsahovali kvapalný kryštál RM734.

Ďalšie testy odhalili, že táto fáza RM734 bola 100 až 1 000-krát citlivejšia na vonkajšie elektrické polia ako iné nematické kvapalné kryštály, čo naznačuje, že molekuly demonštrujú usporiadanie pólov. „To potvrdilo, že táto fáza bola skutočne feroelektrickou nematickou tekutinou,“ uviedol Clark.

Vedci si stále nie sú istí, ako alebo prečo RM734 zobrazuje túto feroelektrickú nematickú fázu, ale jej existencia naznačuje, že môže byť možných viac feroelektrických tekutín, ktoré ešte treba objaviť. To by zase mohlo otvoriť dvere novej nematickej fyzike a novej technológii, vrátane technológie displejov a počítačovej pamäte.