Un team di scienziati del Kirensky Institute of Physics del ramo siberiano dell'Accademia delle scienze russa e dell'Università federale siberiana (SFU) insieme a colleghi russi e stranieri ha studiato le goccioline di un cristallo liquido colesterico che conteneva un anello difettoso attorcigliato. I risultati dello studio sono stati pubblicati in Rapporti scientifici .

I cristalli liquidi (LC) sono sostanze chimiche che entrano in mesofase (lo stato tra materia solida e liquida) entro un certo intervallo di temperature. I cristalli liquidi combinano due proprietà opposte. Hanno fluidità tipica dei liquidi, e anisotropia delle proprietà fisiche caratteristiche dei cristalli solidi (cioè, una differenza di proprietà a seconda della direzione). Queste peculiarità sono spiegate dall'ordine orientativo di lunghi assi molecolari. Di conseguenza, le molecole di un LC rimangono relativamente mobili, ma sono orientati in un certo modo determinando l'anisotropia delle proprietà. Le molecole possono avere orientamenti diversi, e può cambiare sotto l'influenza di un campo elettrico. Ecco perché i LC sono ampiamente utilizzati nei dispositivi ottici elettrici, come schermi di visualizzazione.

Il team ha lavorato con cristalli liquidi chiamati colesterici o nematici chirali. Ogni molecola di un cristallo liquido ha diversi assi di rotazione. Nelle strutture di orientamento, una direzione predominante di lunghi assi molecolari è chiamata direttore. In caso di colestesia, il regista forma una struttura elicoidale contorta. Significa che le direzioni degli assi molecolari lunghi (e quindi il loro momento di dipolo) sono rivolte l'una contro l'altra di un certo angolo, e le loro estremità tracciano una linea a spirale (un'elica) attorno all'asse dell'elicoide.

Il peculiare orientamento delle molecole LC porta alla modulazione spaziale dell'indice di rifrazione di un colesterico, cioè cambia armonicamente. La luce che si muove attraverso una tale struttura diffrange. La caratteristica della propagazione della luce attraverso un LC colesterico è determinata dai parametri della struttura di orientamento elicoidale che dipendono dalle proprietà del cristallo liquido e dalla natura della sua interazione con l'ambiente.

Gli scienziati hanno studiato la struttura di un LC colesterico in goccioline di dimensioni di decine di micron e con direttori perpendicolari al confine con il polimero. Si è scoperto che la struttura elicoidale in varie parti delle goccioline aveva un passo dell'elica diverso, cioè le distanze alle quali il regista ha fatto un giro completo.

"Abbiamo studiato in dettaglio la struttura formata nelle goccioline di un LC colesterico, e ha mostrato come le goccioline osservano diverse direzioni di aspetto e dimensioni delle goccioline utilizzando un microscopio ottico. Abbiamo anche studiato l'influenza di un campo elettrico sulla struttura della periodicità e sulla forma dei difetti lineari, " disse Mikhail Krakhalev, coautore dell'opera, un candidato di scienze fisiche e matematiche, socio scientifico senior del Kirensky Institute of Physics, e il decano della cattedra di Fisica Generale presso l'Istituto di Ingegneria Fisica e Radio Elettronica, SFU.

Gli scienziati hanno dimostrato che nelle goccioline colesteriche si forma un difetto a forma di doppia elica attorcigliata. Gli autori hanno anche studiato le strutture ottiche di tali strutture che potrebbero essere osservate in un microscopio ottico. Dato che le strutture formate nelle goccioline colesteriche sono piuttosto complesse, le rispettive tessiture ottiche sono determinate da un numero maggiore di fattori.

"Abbiamo studiato e descritto la correlazione tra la trama ottica delle goccioline e la loro dimensione e le direzioni dell'aspetto. Le strutture descritte possono aiutare a identificare configurazioni simili in altri sistemi, e l'approccio da noi suggerito può essere utilizzato per analizzare complesse strutture di orientamento, " ha concluso Mikhail Krakhalev.