Credito:Università di Tokyo
Sfruttare le proprietà dei materiali in modo che la tecnologia possa continuare ad andare avanti significa fare i conti con sistemi sempre più impegnativi. Un team guidato da un ricercatore dell'Istituto di Scienze Industriali dell'Università di Tokyo si è concentrato sui cristalli chirali molecolari e colloidali, rivelando il ruolo dei campi elastici emergenti e il loro comportamento. I loro risultati sono pubblicati in Proceedings of the National Academy of Sciences .
È facile per la maggior parte delle persone immaginare le proprietà delle fasi fondamentali della materia che apprendiamo a scuola. Tuttavia, le frontiere della tecnologia spesso disegnano su aree in cui le cose sono meno nette. Ad esempio, le fasi a cristalli liquidi combinano la mobilità molecolare dei liquidi e l'ordinamento o i solidi, e questo ha permesso loro di essere applicate nei display per una vasta gamma di dispositivi di consumo. Anche le transizioni all'interno di queste fasi più complesse possono essere difficili da visualizzare.
Le transizioni di fase topologiche implicano il riarrangiamento dei componenti di un materiale, siano essi molecole o particelle, in strutture ad elica o a vortice, note come skyrmions. Il ruolo che le transizioni di fase topologiche svolgono in alcuni materiali chirali, come cristalli liquidi e strutture metallo-organiche, è stato esplorato in precedenza. Tuttavia, non è stato studiato per cristalli chirali molecolari o colloidali. La chiralità è proprietà della manualità, un buon esempio è che le nostre mani sembrano uguali, ma in realtà non si impilano l'una sull'altra:sono immagini speculari non sovrapponibili.
I ricercatori hanno creato un modello che ha permesso loro di valutare l'interazione tra la torsione chirale intermolecolare e le interazioni steriche sferoidali in cristalli molecolari e colloidali chirali bidimensionali.
"Il nostro modello ha rivelato che la competizione tra la torsione chirale e l'anisotropia sterica ha indotto campi elastici emergenti nei cristalli", spiega l'autore dello studio Kyohei Takae. "Questo ci offre il potenziale per controllare le transizioni di fase, fornendoci un utile interruttore durante lo sviluppo di applicazioni."
I ricercatori hanno dimostrato che l'accoppiamento elastico della fase potrebbe essere controllato utilizzando trigger esterni come la modifica della temperatura o l'applicazione di un campo elettromagnetico o di uno stress anisotropo.
"Identificare i fattori fondamentali che stanno alla base del comportamento dei materiali è il primo passo nello sviluppo di nuove tecnologie", afferma il Dr. Kyohei Takae. "Il nostro modello ha dimostrato con successo l'importanza dei campi elastici emergenti nei cristalli molecolari chirali e si prevede che darà un contributo significativo ai futuri progressi nei dispositivi elettromeccanici e magneto-meccanici".
Lo studio, "Campi elastici emergenti indotti da transizioni di fase topologica:impatto della chiralità molecolare e anisotropia sterica", è stato pubblicato in Proceedings of the National Academy of Sciences . + Esplora ulteriormente
