Vloeibare kristallen zijn fascinerende toestanden van materie die de kloof tussen vloeistoffen en vaste stoffen overbruggen. Ze worden gekenmerkt door lange, staafachtige moleculen die in bepaalde richtingen op één lijn liggen, waardoor de vloeistof een mate van orde krijgt die niet in gewone vloeistoffen te vinden is. De exacte mechanismen waarmee deze ordening plaatsvindt, zijn echter een mysterie gebleven.

Nu heeft een team van onderzoekers van de University of California, Berkeley en de University of California, Santa Barbara een reeks experimenten en computersimulaties uitgevoerd die licht werpen op hoe orde voor het eerst verschijnt in vloeibare kristallen. Hun bevindingen, vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Nature Physics, geven een gedetailleerd beeld van het proces waarmee deze materialen overgaan van een ongeordende naar een geordende staat.

"We konden aantonen dat de ordening van vloeibare kristallen in een reeks stappen plaatsvindt", zegt hoofdauteur Daniel Beller, een afgestudeerde student aan de afdeling Materials Science and Engineering aan UC Berkeley. "Eerst vormen de moleculen kleine, lokale clusters die willekeurig georiënteerd zijn. Vervolgens beginnen deze clusters samen te smelten en op één lijn te komen totdat de hele vloeistof een uniforme, geordende fase wordt."

De onderzoekers observeerden dit proces door twee verschillende experimentele technieken te combineren:gepolariseerde optische microscopie en röntgenverstrooiing. Gepolariseerde optische microscopie stelt onderzoekers in staat de oriëntatie van de vloeibare kristalmoleculen te visualiseren, terwijl röntgenverstrooiing informatie geeft over de structuur en rangschikking van de moleculen. Door deze twee technieken te combineren, konden de onderzoekers een compleet beeld krijgen van het bestelproces.

De bevindingen van deze studie bieden nieuwe inzichten in het fundamentele gedrag van vloeibare kristallen en kunnen implicaties hebben voor de ontwikkeling van nieuwe technologieën, zoals liquid crystal displays en sensoren.

"Het begrijpen van de mechanismen waarmee de volgorde van vloeibare kristallen wordt bepaald, is cruciaal voor het ontwikkelen van nieuwe materialen die in een verscheidenheid aan toepassingen kunnen worden gebruikt", zegt senior auteur Nitash Balsara, hoogleraar materiaalkunde en engineering aan UC Berkeley. "Deze studie biedt een basis voor toekomstig werk op dit gebied en zou kunnen helpen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe op vloeibare kristallen gebaseerde technologieën."