I cristalli liquidi sono materiali affascinanti che mostrano proprietà sia dei liquidi che dei cristalli. Sono costituiti da lunghe molecole a forma di bastoncino che possono allinearsi in vari modi, dando origine a diverse proprietà ottiche. I cristalli liquidi sono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni, inclusi display, laser e sensori.

Una delle proprietà più importanti dei cristalli liquidi è la loro capacità di formare strutture ordinate. Questo ordinamento è essenziale per le proprietà ottiche dei materiali e la loro capacità di funzionare come display e altri dispositivi.

Il modo in cui esattamente l'ordine appare per la prima volta nei cristalli liquidi è stato argomento di dibattito e ricerca per decenni. Ora, un team di ricercatori dell’Università del Colorado Boulder e del National Institute of Standards and Technology (NIST) ha utilizzato una potente tecnica a raggi X per catturare le prime immagini dirette del processo di ordinazione, una scoperta che potrebbe portare a nuovi e dispositivi migliorati basati su cristalli liquidi.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature Communications.

I ricercatori hanno utilizzato una tecnica chiamata spettroscopia di correlazione dei fotoni a raggi X (XPCS) per studiare il processo di ordinamento nei cristalli liquidi. XPCS è una tecnica che consente ai ricercatori di misurare la dinamica dei materiali su scala nanometrica.

Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno riscaldato un campione di cristalli liquidi a una temperatura appena inferiore al punto in cui passerebbe dalla fase liquida a quella cristallina. Hanno quindi utilizzato XPCS per misurare le fluttuazioni nella densità delle molecole di cristalli liquidi mentre cominciavano a ordinarsi in una struttura cristallina.

Le misurazioni XPCS dei ricercatori hanno rivelato che il processo di ordinamento nei cristalli liquidi avviene in due fasi. Nella prima fase, le molecole formano piccoli grappoli ordinati distribuiti in modo casuale in tutto il liquido. Nella seconda fase, questi piccoli ammassi crescono e si fondono insieme, formando infine un unico, grande cristallo ordinato.

I ricercatori ritengono che la formazione di cluster prima della formazione di un singolo cristallo sia dovuta al fatto che le molecole dei cristalli liquidi hanno una forte tendenza ad allinearsi con quelle vicine. Questa tendenza ad allinearsi porta alla formazione di piccoli ammassi ordinati, che poi fungono da siti di nucleazione per la crescita del singolo cristallo.

Le scoperte dei ricercatori hanno importanti implicazioni per la progettazione e lo sviluppo di dispositivi basati su cristalli liquidi. Comprendendo come appare per la prima volta l'ordine nei cristalli liquidi, i ricercatori possono controllare meglio le proprietà ottiche di questi materiali e progettare dispositivi con prestazioni migliorate.

Riferimenti

Il documento può essere trovato qui:https://www.nature.com/articles/s41467-023-36317-0

Un articolo di notizie accessibile dell'Università del Colorado, Boulder può essere trovato qui:https://www.colorado.edu/today/2023/03/14/ordering-liquid-crystals-revealed