Een team van wetenschappers van het Kirensky Institute of Physics van de Siberian Branch van de Russian Academy of Science en de Siberian Federal University (SFU) bestudeerde samen met Russische en buitenlandse collega's druppeltjes van een cholesterisch vloeibaar kristal dat een gedraaide defectlus bevatte. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

Vloeibare kristallen (LC's) zijn chemische stoffen die binnen een bepaald temperatuurbereik in de mesofase (de toestand tussen vaste stof en vloeistof) terechtkomen. Vloeibare kristallen combineren twee tegengestelde eigenschappen. Ze hebben een vloeibaarheid die typisch is voor vloeistoffen, en anisotropie van fysische eigenschappen die kenmerkend zijn voor vaste kristallen (d.w.z. een verschil in eigenschappen afhankelijk van de richting). Deze eigenaardigheden worden verklaard door de oriënterende volgorde van lange moleculaire assen. Als resultaat, de moleculen van een LC blijven relatief mobiel, maar zijn op een bepaalde manier georiënteerd en bepalen de anisotropie van eigenschappen. Moleculen kunnen verschillende oriëntaties hebben, en kan veranderen onder invloed van een elektrisch veld. Dat is de reden waarom LC's veel worden gebruikt in elektrische optische apparaten, zoals beeldschermen.

Het team werkte met vloeibare kristallen die cholesterica of chirale nematica werden genoemd. Elk molecuul van een vloeibaar kristal heeft verschillende rotatie-assen. In oriëntatiestructuren, een overheersende richting van lange moleculaire assen wordt een regisseur genoemd. In het geval van cholesterica, de regisseur vormt een gedraaide spiraalvormige structuur. Het betekent dat de richtingen van lange moleculaire assen (en dus hun dipoolmoment) onder een bepaalde hoek tegen elkaar zijn gedraaid, en hun uiteinden vormen een spiraallijn (een helix) rond de as van de helicoïde.

De eigenaardige oriëntatie van LC-moleculen leidt tot ruimtelijke modulatie van de brekingsindex van een cholesteric, d.w.z. het verandert harmonisch. Het licht dat door zo'n structuur beweegt, buigt. Het kenmerk van lichtvoortplanting door een cholesterische LC wordt bepaald door de parameters van de spiraalvormige oriëntatiestructuur die afhankelijk zijn van de eigenschappen van het vloeibare kristal en de aard van zijn interactie met de omgeving.

De wetenschappers bestudeerden de structuur van een cholesterische LC in druppels van tientallen microns groot en hadden loodrechte geleiders op de grens met polymeer. Het bleek dat de helixstructuur in verschillende delen van druppeltjes een verschillende helixsteek had, d.w.z. de afstanden waarop de regisseur een volledige bocht maakte.

"We hebben de structuur gevormd in de druppeltjes van een cholesterische LC in detail bestudeerd, en liet zien hoe de druppels naar verschillende aspectrichtingen en druppelgroottes kijken met behulp van een optische microscoop. We hebben ook de invloed van een elektrisch veld op de periodiciteitsstructuur en de vorm van lineaire defecten bestudeerd. " zei Michail Krakhalev, een co-auteur van het werk, een kandidaat voor fysische en wiskundige wetenschappen, senior wetenschappelijk medewerker van het Kirensky Institute of Physics, en de decaan van de leerstoel Algemene Natuurkunde aan het Institute of Engineering Physics and Radio Electronics, SFU.

De wetenschappers bewezen dat een defect in de vorm van een gedraaide dubbele helix wordt gevormd in cholesterische druppeltjes. De auteurs bestudeerden ook de optische texturen van dergelijke structuren die konden worden waargenomen in een optische microscoop. Aangezien de structuren gevormd in cholesterische druppeltjes vrij complex zijn, respectieve optische texturen worden bepaald door een groter aantal factoren.

"We hebben de correlatie tussen de optische textuur van de druppeltjes en hun grootte en de aspectrichtingen bestudeerd en beschreven. De beschreven structuren kunnen helpen vergelijkbare configuraties in andere systemen te identificeren, en de door ons voorgestelde aanpak kan worden gebruikt om complexe oriëntatiestructuren te analyseren, " concludeerde Michail Krakhalev.