Физики научились быстро переключаться между состояниями жидкого кристалла
До сих пор в смектических жидких кристаллах не удавалось создать переход между прозрачной и непрозрачной фазами. Физики смогли осуществить это — и тем самым уменьшили время такого перехода в 30 раз
Обычные ЖК-дисплеи используют так называемые нематические материалы, молекулы которых обычно имеют форму стержня. Они могут свободно перемещаться по кристаллу, как в жидкости, но оси их стержней направлены всегда в одном направлении. Это направление влияет на то, проходит ли поляризованный свет через материал или нет, и, следовательно, является ли жидкокристаллический пиксель ярким или темным.
Управлять этим параметром можно при помощи электрических полей. В ЖК-пикселе слой жидкого кристалла зажат между двумя электродами. Напряжение, приложенное к электродам, создает электрическое поле, которое может перестраивать структуру так, что прозрачность материала изменяется. Некоторые жидкие кристаллы могут также образовывать другую фазу, в которой молекулы, помимо выравнивания по оси, уложены слоями. В этой так называемой смектической фазе молекулы свободно перемещаются внутри слоя, но очень редко перескакивают между слоями.
Ранее переход между прозрачным и непрозрачным состояниями не наблюдался в смектических жидких кристаллах, потому что такая переориентация изменила бы толщину слоя, что потребовало бы слишком много энергии. Но в новой работе авторы выяснили, что такого переключения можно было бы достичь, если бы жидкие кристаллы имели не одно, а два направления ориентации, указывающих в разные стороны. Тогда, возможно, одно из направлений можно переключить, изменив прозрачность материала. Вторая ось при этом остается неизменной и определяет расстояние между слоями.
Чтобы реализовать эту идею, исследователи использовали органические молекулы BNA-76, которые по форме немного напоминают бананы. Эти частицы образуют смектическую фазу таким образом, что каждый слой представляет собой похожие на доски структуры с разной длиной и шириной. Чтобы не допустить затвердения структуры, ученые добавили к BNA-76 молекулы другого типа.
Исследователи обнаружили, что смесь переходит между фазами с разной прозрачностью при температуре около 100 °C при приложении к ней 4 вольт напряжения. Внешнее напряжение вызывает изменение в передаче поляризованного света через материал. Как и надеялась команда, переключение происходит быстро — менее чем за миллисекунду. Это примерно в 30 раз быстрее, чем в типичных нематических фазах.
Статья опубликована в журнале Physical Review X.