Forskere fandt og studerede komplekse typer defekter i dråberne af flydende krystaller

Et team af forskere fra Kirensky Institute of Physics fra Siberian Branch of Russian Academy of Science og Siberian Federal University (SFU) studerede sammen med russiske og udenlandske kolleger dråber af en kolesterisk flydende krystal, der indeholdt en snoet defektløkke. Resultaterne af undersøgelsen blev offentliggjort i Videnskabelige rapporter .

Flydende krystaller (LC'er) er kemiske stoffer, der kommer ind i mesofase (tilstanden mellem fast stof og væske) inden for et bestemt temperaturinterval. Flydende krystaller kombinerer to modsatte egenskaber. De har flydeevne, der er typisk for væsker, og anisotropi af fysiske egenskaber, der er karakteristiske for faste krystaller (dvs. en forskel i egenskaber afhængig af retning). Disse ejendommeligheder forklares ved orienteringsrækkefølgen af ​​lange molekylære akser. Som resultat, molekylerne i en LC forbliver relativt mobile, men er orienteret på en bestemt måde, der bestemmer egenskabernes anisotropi. Molekyler kan have forskellige orienteringer, og kan ændre sig under påvirkning af et elektrisk felt. Det er derfor, LC'er er meget udbredt i elektriske optiske enheder, såsom skærme.

Holdet arbejdede med flydende krystaller kaldet kolesteriske eller chirale nematika. Hvert molekyle i en flydende krystal har flere rotationsakser. I orienteringsstrukturer, en overvejende retning af lange molekylære akser kaldes en direktør. I tilfælde af kolesteri, instruktøren danner en snoet spiralstruktur. Det betyder, at retningerne af lange molekylære akser (og derfor deres dipolmoment) er vendt mod hinanden i en bestemt vinkel, og deres ender sporer en spirallinje (en helix) rundt om helicoidens akse.

Den ejendommelige orientering af LC-molekyler fører til rumlig modulering af et kolesterikums brydningsindeks, dvs det ændrer sig harmonisk. Lyset, der bevæger sig gennem en sådan struktur, diffrakterer. Funktionen af ​​lysudbredelse gennem en kolesterisk LC bestemmes af parametrene for den spiralformede orienteringsstruktur, der afhænger af egenskaberne af den flydende krystal og arten af ​​dens interaktion med miljøet.

Forskerne studerede strukturen af ​​en kolesterisk LC i dråber, der var titusinder af mikron i størrelse og havde vinkelrette direktører ved grænsen til polymer. Det viste sig, at den spiralformede struktur i forskellige dele af dråber havde forskellig helix-stigning, altså de afstande, hvor direktøren lavede et helt sving.

"Vi har studeret strukturen dannet i dråberne af en kolesterisk LC i detaljer, og viste, hvordan dråberne ser på forskellige aspektretninger og dråbestørrelser ved hjælp af et optisk mikroskop. Vi har også studeret et elektrisk felts indflydelse på periodicitetsstrukturen og formen af ​​lineære defekter, " sagde Mikhail Krakhalev, medforfatter til værket, en kandidat fra fysiske og matematiske videnskaber, senior videnskabelig associeret ved Kirensky Institute of Physics, og dekanen for formanden for Almen Fysik ved Institut for Teknisk Fysik og Radioelektronik, SFU.

Forskerne beviste, at en defekt formet som en snoet dobbelthelix dannes i kolesteriske dråber. Forfatterne studerede også de optiske teksturer af sådanne strukturer, der kunne observeres i et optisk mikroskop. I betragtning af at strukturerne dannet i kolesteriske dråber er ret komplekse, respektive optiske teksturer bestemmes af et større antal faktorer.

"Vi har studeret og beskrevet sammenhængen mellem dråbernes optiske tekstur og deres størrelse og aspektretningerne. De beskrevne strukturer kan hjælpe med at identificere lignende konfigurationer i andre systemer, og den af ​​os foreslåede tilgang kan bruges til at analysere komplekse orienteringsstrukturer, " konkluderede Mikhail Krakhalev.