Odkryto nową fazę materii
Po poszukiwaniach trwających niemal 100 lat, naukowcy w końcu odkryli nową fazę materii, która może mieć ogromne konsekwencje dla przyszłych technologii.
Faza znana jako ferroelektryczna nemetyczna faza ciekłego kryształu została po raz pierwszy zaproponowana przez laureatów Nagrody Nobla - Petera Debye i Maxa Borna w 1910 r. Ponad 100 lat później osiągnięcie naukowców z USA może być krokiem w stronę rewolucji w świecie technologii - od ekranów po pamięci komputera. Ale jak to w ogóle możliwe?
Ciekłe kryształy wykazują właściwości zarówno konwencjonalnych cieczy, jak i stałych kryształów. Składają się z cząsteczek w kształcie prętów, które przenoszą ładunek dodatni na jednym końcu i ładunek ujemny na drugim. Jednym z prostszych etapów istnienia tego materiału jest faza nemetyczna, którą fizycy badają od prawie pięciu dekad. W tej fazie połowa cząsteczek ustawia dodatnio naładowane końce w jednym kierunku, podczas gdy druga połowa zachowuje się przeciwnie. Jest to całkowicie losowe.
Fizycy opracowali teorię bardziej uporządkowanego układu, w którym powstają domeny podobnie zorientowanych cząsteczek i występuje tzw. uporządkowanie biegunowe. Zaobserwowano to także w stałych kryształach. Gdy przyłoży się pole elektryczne, jednorodne cząsteczki mogą się odwrócić, a tę właściwość nazywa się ferroelektrycznością.
Poszukiwania nieuchwytnej ferroelektrycznej fazy nematycznej ciekłego kryształu trwają od prawie wieku, ale w 2017 r. cząsteczka organiczna znana jako RM734 wykazywała dziwne zachowania. W wyższych temperaturach istniała w fazie nemetycznej kryształu, ale w niższych występowała w nietypowej fazie.
Naukowcy zauważyli, że w słabym polu elektrycznym pojawiają się żywe kolory wokół krawędzi cząsteczki RM734. Dalsze testy wykazały, że faza ta była znacznie bardziej wrażliwa na pole elektryczne niż normalne nemetyczne ciekłe kryształy. Jak bardzo? Nawet 1000 razy! Ta wrażliwość była przyczyną obserwowanych zmian kolorów.
To zachowanie zasugerowało naukowcom, że cząsteczki w ciekłym krysztale wykazują silny porządek polarny. Ale zespół potrzebował większego dowodu na istnienie tej fazy; chcieli zobaczyć domeny wyrównanych cząstek. A kiedy schłodzili RM734 z wyższej temperatury, zobaczyli wyraźne domeny spontanicznie formujące się na ich oczach, z cząsteczkami w jednolitym ustawieniu. To potwierdziło istnienia nowej fazy materii.
