Observation af faseovergangen af ​​flydende krystaldefekter for første gang

KAIST -forskere observerede faseovergangen af ​​topologiske defekter dannet af flydende krystal (LC) materialer for første gang.

Faseovergangen af ​​topologiske defekter, som også var temaet for Nobelprisen i fysik i 2016, kan være svært at forstå for en lægmand, men det skal studeres for at forstå universets mysterier eller den bagvedliggende fysik af skyrmions, som har iboende topologiske defekter.

Hvis galaksen tages som et eksempel i universet, det er svært at observere de topologiske defekter, fordi systemet er for stort til at observere nogle ændringer over en begrænset periode. I tilfælde af defektstrukturer dannet af LC -molekyler, de er ikke kun en passende størrelse at observere med et optisk mikroskop, men også tidsperioden, hvor faseovergangen af ​​en forekommende defekt kan observeres direkte i løbet af få sekunder, som kan forlænges til et par minutter. Defektstrukturer dannet af LC -materiale har radiale, cirkulær, eller spiralformer centreret om en singularitet (defektkerne), ligesom den singularitet, der allerede blev introduceret i den berømte film "Interstellar, "som er centrum for det sorte hul.

Generelt, LC -materialer bruges hovedsageligt i LCD -skærme (LCD) og optiske sensorer, fordi det er let at kontrollere deres specifikke orientering, og de har hurtige responsegenskaber og enorme anisotropiske optiske egenskaber. Det er fordelagtigt med hensyn til LCD -skærmernes ydeevne, at defekterne i LC -materialerne minimeres. Forskergruppen ledet af professor Dong Ki Yoon i Graduate School of Nanoscience and Technology minimerede ikke blot sådanne defekter, men forsøgte aktivt at bruge LC-defekterne som byggesten til at lave mikro- og nanostrukturer til mønsterapplikationer. Under disse bestræbelser, de fandt vejen til direkte at studere faseovergangen af ​​topologiske defekter under in situ forhold.

I betragtning af LC -materialet fra en enheds synspunkt som en LCD, robusthed er vigtig. Derfor, LC-materialet injiceres gennem kapillærfænomenet mellem en stiv plade med to glas og orienteringen af ​​LC'erne kan følges af overfladesforankringstilstanden på glassubstratet. Imidlertid, i dette konventionelle tilfælde, det er svært at observere faseovergangen af ​​LC -defekten på grund af denne stærke overfladeforankringskraft induceret af det faste substrat.

For at løse dette problem, forskergruppen designede en platform, hvor bevægelsen af ​​LC -molekylerne ikke var begrænset, ved at danne en tynd film af LC -materiale på vand, som er som olie, der flyder på vand. For det, en dråbe LC -materiale blev dryppet på vand og spredt til dannelse af en tynd film. De topologiske defekter, der dannes under denne omstændighed, kunne vise den termiske faseovergang, når temperaturen blev ændret. Ud over, denne tilgang kan spore morfologien for den oprindelige defektstruktur fra de sekventielle ændringer under temperaturændringerne, som kan give hints til undersøgelsen af ​​dannelsen af ​​topologiske defekter i kosmos eller skyrmions.

Professor Yoon sagde, "Undersøgelsen af ​​LC -krystaldefekter i sig selv er blevet grundigt undersøgt af fysikere og matematikere i omkring 100 år. Imidlertid har dette er første gang, at vi har observeret faseovergangen af ​​LC -defekter direkte. "Han tilføjede også, "Korea er førende inden for LCD -industrien, men vores grundforskning om LC'er er ikke på verdens forskningsniveau. "