Nel mondo odierno dell'informazione digitale, ogni giorno viene scambiata e archiviata un'enorme quantità di dati.
Negli anni '80, IBM ha presentato il primo disco rigido, grande quanto un frigorifero, in grado di archiviare 1 GB di dati, ma ora disponiamo di dispositivi di memoria che hanno una capacità di archiviazione dati mille volte maggiore e possono essere facilmente inseriti in qualsiasi spazio. palmo della nostra mano. Se l'attuale ritmo di aumento delle informazioni digitali è indicativo, abbiamo bisogno di sistemi di registrazione dei dati ancora più nuovi che siano più leggeri, abbiano un basso impatto ambientale e, soprattutto, abbiano una maggiore densità di archiviazione dei dati.
Recentemente, una nuova classe di materiali chiamati cristalli liquidi colonnari ferroelettrici assiali polari (AP-FCLC) è emersa come candidato per futuri materiali di archiviazione di memoria ad alta densità. Un AP-FCLC è un cristallo liquido con una struttura di colonne parallele generate dall'autoassemblaggio molecolare, che hanno polarizzazione lungo l'asse della colonna.
Le colonne invertono le loro direzioni polari quando viene applicato un campo elettrico esterno. Se gli AP-FCLC riescono a mantenere la polarizzazione anche dopo la rimozione del campo elettrico, questa proprietà, insieme alla flessibilità, alla composizione priva di metalli, alla capacità di risparmio energetico e al basso impatto ambientale, rendono gli AP-FCLC ideali per applicazioni ad altissima densità dispositivi di memoria. Sfortunatamente, a causa della natura fluida dei cristalli liquidi, la polarità indotta da un campo elettrico esterno può essere facilmente annullata da stimoli esterni.
Una soluzione a questo problema è stata ora proposta da un team di ricercatori dell'Università di Chiba, guidato dal professor Keiki Kishikawa della Graduate School of Engineering e comprendente lo studente del corso di dottorato Hikaru Takahashi della Graduate School of Science and Engineering e il professore associato Michinari Kohri della la Scuola di Dottorato in Ingegneria.
Nel loro recente studio rivoluzionario, pubblicato su ACS Applied Nano Materials , il team ha presentato un meccanismo di fissazione della polarizzazione per un sistema AP-FCLC a base di urea, in cui i materiali possono subire una transizione graduale dalla fase AP-FCLC a una fase cristallina (Cr) senza influenzare la struttura polare indotta.
"L'obiettivo era realizzare un composto con tre stati:uno stato scrivibile e riscrivibile, uno stato di cancellazione e uno stato di salvataggio. L'accento è stato posto sulla riduzione al minimo del cambiamento nelle strutture di impaccamento molecolare durante il processo di transizione di fase FCLC−Cr", spiega il prof. .Kishikawa.
Per creare un sistema AP-FCLC fissabile tramite polarizzazione, il team ha sintetizzato 1,3-bis(3',4'-di(2-butilottilossi)[1,1'-bifenil]-4-il)urea, una molecola organica costituito da urea nel suo centro molecolare per generare una rete di legami idrogeno che può facilitare la formazione di aggregati colonnari in uno stato di cristalli liquidi (LC), due gruppi bifenilici come sostituenti per generare forti interazioni intermolecolari nella struttura della colonna e quattro gruppi alchilici voluminosi come catene terminali per prevenire uno stretto imballaggio molecolare e consentire la transizione di fase FCLC−Cr a temperatura più bassa.
Il sistema FCLC preparato ha mostrato la conservazione della polarizzazione nella fase Cr, con memorizzazione delle informazioni sulla polarizzazione termicamente stabile e resistenza al campo elettrico esterno a temperatura ambiente. Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che le molecole si auto-ordinavano in colonne elicoidali di dimensioni nanometriche, che poi formavano piccoli domini e diventavano di natura ferroelettrica.
Questo studio fornisce una nuova strategia per lo sviluppo di sistemi AP-FCLC in grado di mantenere a lungo le informazioni sulla polarizzazione. Il quadro proposto può essere utilizzato per sviluppare materiali di memoria stabili con elevata tolleranza agli stimoli esterni e basso impatto ambientale.
"Gli AP-FCLC hanno il potenziale per raggiungere una densità di registrazione più di 10.000 volte maggiore rispetto ai dischi Blu-ray, ma non sono stati messi in pratica a causa del problema dell'instabilità. Questo lavoro aiuterà a migliorare la loro affidabilità, aprendo la strada alla luce dispositivi elettronici flessibili di peso ridotto e dispositivi inceneribili per la registrazione di informazioni riservate," conclude il Prof. Kishikawa.
Ulteriori informazioni: Hikaru Takahashi et al, Sistema cristallino liquido colonnare assialmente polare-ferroelettrico che mantiene la polarizzazione al passaggio alla fase cristallina:implicazioni per il mantenimento delle informazioni sulla polarizzazione a lungo termine, Nano materiali applicati ACS (2023). DOI:10.1021/acsanm.3c01508
Fornito dall'Università di Chiba
