Door de eigenschappen van materialen te benutten zodat de technologie vooruit kan blijven gaan, moet je grip krijgen op steeds uitdagender systemen. Een team onder leiding van een onderzoeker van het Instituut voor Industriële Wetenschappen aan de Universiteit van Tokyo heeft zijn focus verlegd naar chirale moleculaire en colloïdale kristallen, waarbij de rol van opkomende elastische velden en hun gedrag wordt onthuld. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences .

De meeste mensen kunnen zich gemakkelijk de eigenschappen voorstellen van de basisfasen van de materie waarover we op school leren. De grenzen van de technologie liggen echter vaak op gebieden waar de zaken minder duidelijk zijn. Vloeibare kristalfasen combineren bijvoorbeeld de molecuulmobiliteit van vloeistoffen en ordening of vaste stoffen, waardoor ze kunnen worden toegepast in displays voor een groot aantal consumentenapparaten. De overgangen binnen deze meer complexe fasen kunnen ook een uitdaging zijn om te visualiseren.

Topologische faseovergangen omvatten de herschikking van de componenten van een materiaal - of het nu moleculen of deeltjes zijn - in helix- of vortexachtige structuren, bekend als skyrmionen. De rol die topologische faseovergangen spelen in bepaalde chirale materialen, zoals vloeibare kristallen en metaal-organische raamwerken, is eerder onderzocht. Het is echter niet onderzocht op chirale moleculaire of colloïdale kristallen. Chiraliteit is de eigenschap van handigheid, een goed voorbeeld hiervan is dat onze handen er hetzelfde uitzien, maar in feite niet op elkaar worden gestapeld - het zijn niet-superponeerbare spiegelbeelden.

De onderzoekers creëerden een model waarmee ze de interactie tussen de intermoleculaire chirale verdraaiing en sferoïdale sterische interacties in tweedimensionale chirale moleculaire en colloïdale kristallen konden beoordelen.

"Ons model onthulde dat de concurrentie tussen chirale verdraaiing en sterische anisotropie opkomende elastische velden in de kristallen veroorzaakte", legt studieauteur Kyohei Takae uit. "Dit geeft ons het potentieel om de faseovergangen te beheersen, wat ons een handige schakelaar biedt bij het ontwikkelen van applicaties."

De onderzoekers toonden aan dat de elastische koppeling van de fase kan worden gecontroleerd met behulp van externe triggers, zoals het veranderen van de temperatuur of het aanbrengen van een elektromagnetisch veld of anisotrope stress.

"Het identificeren van de fundamentele factoren die ten grondslag liggen aan het gedrag van materialen is de eerste stap in de ontwikkeling van nieuwe technologieën", zegt Dr. Kyohei Takae. "Ons model heeft met succes het belang aangetoond van opkomende elastische velden in chirale moleculaire kristallen en zal naar verwachting een belangrijke bijdrage leveren aan toekomstige vooruitgang in elektro- en magneto-mechanische apparaten."

De studie, "Emergente elastische velden geïnduceerd door topologische faseovergangen:impact van moleculaire chiraliteit en sterische anisotropie", werd gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences . + Verder verkennen

Gestabiliseerde blauwe fasekristallen kunnen leiden tot nieuwe optische technologieën