Специалисты из Красноярска создали способ воздействия на ориентационную структуру холестерического жидкого кристалла в микрокаплях, используя контролируемое прекращение подачи электрического поля. Эта технология открывает возможности для разработки фотонных, оптоэлектронных устройств принципиально нового поколения, а также компонентов для систем, обеспечивающих защиту информации. О результатах работы сообщается в журнале Molecules.
Жидкие кристаллы широко применяются в экранах смартфонов и телевизоров. Холестерические жидкие кристаллы представляют собой особый вид, характеризующийся уникальным расположением молекул, что позволяет им выборочно отражать свет с определенной длиной волны. Использование жидких кристаллов, заключенных в полимерную пленку в форме микросферических капель, является основой для разработки инновационных материалов, таких как электронная бумага, «умные» окна, меняющие прозрачность или цвет, системы защиты от подделок и даже для обеспечения безопасности волоконно-оптических линий связи.
Сотрудники Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета разработали методику изменения структуры жидкого кристалла в микроскопических каплях посредством воздействия электрических импульсов.
В рамках исследования рассматривались сферические капли жидкого кристалла микронного размера, находящиеся в полимерной среде. Исследователи зафиксировали сложные отражающие «узоры», демонстрирующие упорядочивание жидкого кристалла внутри капель. Первоначально в каплях формируется радиальная сферическая структура, напоминающая разрезанную луковицу, с ее характерными слоями и симметрией. Под воздействием внешнего электрического поля эта структура «раскручивается», и молекулы выстраиваются параллельно направлению поля. При различных способах снятия электрического поля структура в каплях не возвращается сразу к исходному состоянию, а собирается в пространственные «узоры», характеризующиеся измененным расположением слоев и дефектов. Эти устойчивые, но временные конфигурации эксперты обозначают как метастабильные состояния. В отличие от стабильных структур, они существуют в течение ограниченного времени – от нескольких минут до десятков часов. Каждое метастабильное состояние определяется своим режимом отключения. Следовательно, структуру жидкого кристалла можно переводить в любое желаемое метастабильное состояние.
«Капли, состоящие из жидких кристаллов, содержащих холестерил, демонстрируют широкое разнообразие структур и проявляют чувствительность к внешним факторам. Исследования показали, что это разнообразие можно контролировать, подбирая режимы отключения электрического поля. Раскрывая законы структурирования жидких кристаллов, в частности, в капельных дисперсиях, можно создавать материалы с прогнозируемыми свойствами. Это является перспективным направлением фотоники, а также гибкой электроники», — сообщила руководитель проекта и один из авторов работы, кандидат технических наук, старший научный сотрудник ФИЦ КНЦ СО РАН, доцент СФУ, Анна Гардымова.
Исследование поддержано Российским научным фондом (№ 25-22-00053).
Материалы и фотографии предоставлены Федеральным исследовательским центром «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»