Un team di ricercatori guidato dall'assistente professore Yuki Arakawa, Università di tecnologia di Toyohashi, ha con successo molecole simili a bastoncini -coniugate cristallizzate in liquido con gruppi alchiltio contenenti zolfo, e sviluppato molecole ad alta birifrangenza che mostrano cristalli liquidi nematici con elevata fluidità in intervalli di temperatura compresa la temperatura ambiente. Questo design molecolare dovrebbe offrire un nuovo materiale a cristalli liquidi che contribuisce alla risoluzione dell'immagine di alta qualità dei display a cristalli liquidi.

I materiali a cristalli liquidi con elevata birifrangenza e costante dielettrica hanno contribuito ad abbassare la tensione di pilotaggio e migliorare la velocità di risposta dei display a cristalli liquidi (LC). Recentemente, sono stati adottati vari approcci per applicare materiali LC ad alta birifrangenza a pellicole riflettenti la luce polarizzate circolarmente a banda larga per pellicole per il miglioramento della luminosità, o ai laser LC colestrici per l'oscillazione continua.

In termini di praticità, I materiali LC devono essere sviluppati formando fasi LC a temperatura ambiente o fissando lo stato di orientamento di LC. Però, il miglioramento della birifrangenza e della costante dielettrica richiede sia una struttura molecolare anisotropa che una ricchezza di elettroni, rendendo inevitabile un aumento della temperatura di transizione di fase (soprattutto punto di fusione) a causa di grandi forze intermolecolari. In breve, è difficile formare uno stato liquido cristallino a temperatura ambiente.

L'assistente professore Yuki Arakawa e il suo team si sono interessati ai gruppi alchiltio (SCmH2m+1) che contengono zolfo, una componente delle sorgenti termali e una delle poche risorse in eccesso di cui dispone il Giappone. Sebbene i gruppi alchiltio abbiano un'elevata polarizzabilità e dovrebbero essere un gruppo sostitutivo efficace per il miglioramento della birifrangenza, sono stati riportati solo pochi casi di successo di molecole a bastoncino con gruppi alchiltio che formano cristalli liquidi a causa della loro difficoltà a cristallizzare.

L'assistente professore Yuki Arakawa e il suo team hanno introdotto catene alchiliche sostanzialmente lunghe con cinque o più atomi di carbonio a un terminale di una struttura di difenilacetilene con gruppi alchiltio per rivelare che la cristallinità liquida viene esibita durante il processo di raffreddamento. Ciò è ritenuto dovuto al fatto che tra le molecole allineate in modo antiparallelo, lunghi gruppi alchilici inibiscono l'imballaggio molecolare cristallino e quindi consentono alle molecole di ruotare e tradurre mantenendo il loro orientamento, che alla fine porta alla formazione di una fase di cristalli liquidi. Per di più, il team ha osservato un fenomeno in cui il punto di fusione è diminuito a causa delle grandi proprietà di flessione e di bassa donazione di elettroni dei gruppi alchiltio, ed è riuscito a sviluppare una molecola che mostra cristallinità liquida in intervalli di temperatura compresa la temperatura ambiente. La modifica del numero di atomi di carbonio nei gruppi alchiltio dopo l'introduzione di lunghe catene alchiliche consente la formazione sia di una fase smectica altamente ordinata con una struttura a strati ad alta viscosità sia di una fase nematica (N) a bassa viscosità, che è particolarmente importante per le applicazioni ottiche. Il confronto con gli analoghi dell'ossigeno ha confermato un miglioramento significativo delle proprietà ottiche.

"Ci sono stati solo pochi rapporti su molecole con struttura a bastoncino con gruppi alchiltio che mostrano fasi cristalline liquide, e nessuno studio ha rivelato le caratteristiche di queste molecole, compreso il motivo per cui tendono a non formare fasi cristalline liquide. Ora puntiamo a sfruttare appieno le caratteristiche di ogni fase per esplorare varie proprietà fisiche ottiche ed elettroniche, comprese non solo le proprietà ottiche ma anche le proprietà dei semiconduttori, " dice l'assistente professore Arakawa.