Elastiske felter udvider forståelsen af ​​chirale molekylære krystaller

At udnytte materialernes egenskaber, så teknologien kan fortsætte med at bevæge sig fremad, betyder, at man får styr på stadigt mere udfordrende systemer. Et hold ledet af en forsker fra Institute of Industrial Science ved University of Tokyo har vendt sit fokus mod chirale molekylære og kolloide krystaller, hvilket afslører rollen af ​​nye elastiske felter og deres adfærd. Deres resultater er offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Det er let for de fleste mennesker at forestille sig egenskaberne ved de grundlæggende faser af stof, vi lærer om i skolen. Imidlertid trækker teknologiens grænser ofte på områder, hvor tingene er mindre klare. For eksempel kombinerer flydende krystalfaser molekylernes mobilitet af væsker og bestilling eller faste stoffer, og dette har gjort det muligt at anvende dem i skærme til et stort udvalg af forbrugerenheder. Overgangene inden for disse mere komplekse faser kan også være udfordrende at visualisere.

Topologiske faseovergange involverer omarrangering af komponenterne i et materiale - uanset om de er molekyler eller partikler - til helix- eller hvirvellignende strukturer, kendt som skyrmioner. Den rolle, som topologiske faseovergange spiller i visse chirale materialer, såsom flydende krystaller og metal-organiske rammer, er blevet undersøgt tidligere. Det er dog ikke blevet undersøgt for chirale molekylære eller kolloide krystaller. Chiralitet er egenskaben ved handedness, et godt eksempel på det er, at vores hænder ser ens ud, men faktisk ikke stables oven på hinanden – de er ikke-overlejrede spejlbilleder.

Forskerne skabte en model, der gjorde det muligt for dem at vurdere interaktionen mellem den intermolekylære chirale vridning og sfæroidale steriske interaktioner i todimensionelle chirale molekylære og kolloide krystaller.

"Vores model afslørede, at konkurrencen mellem chiral vridning og sterisk anisotropi inducerede nye elastiske felter i krystallerne," forklarer undersøgelsesforfatter Kyohei Takae. "Dette giver os potentialet til at kontrollere faseovergangene, hvilket giver os en nyttig switch, når vi udvikler applikationer."

Forskerne demonstrerede, at den elastiske kobling af fasen kunne styres ved hjælp af eksterne triggere, såsom at ændre temperaturen eller påføre et elektromagnetisk felt eller anisotropisk stress.

"At identificere de grundlæggende faktorer, der ligger til grund for materialernes opførsel, er det første skridt i udviklingen af ​​nye teknologier," siger Dr. Kyohei Takae. "Vores model har med succes demonstreret vigtigheden af ​​nye elastiske felter i chirale molekylære krystaller og forventes at yde et væsentligt bidrag til fremtidige fremskridt inden for elektro- og magnetomekaniske enheder."

Undersøgelsen, "Emergent elastic fields induced by topological phase transitions:Impact of molecular chirity and steric anisotropy," blev offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences . + Udforsk yderligere

Stabiliserede blåfasekrystaller kan føre til nye optiske teknologier