Физики нашли новый способ переключения состояний жидких кристаллов. Вряд ли их открытие будет использовано в конструкции ЖК-дисплеев, поскольку достигнутая скорость намного выше, чем необходимо для подобных устройств.

Жидкие кристаллы — неиссякаемый источник вдохновения для фотографов, вооруженных микроскопами.
Частицы внутри пикселей ЖК-дисплея переориентируются под действием электрического поля, блокируя свет. 

Стержнеобразные молекулы жидких кристаллов могут свободно перемещаться относительно друг друга, как частицы обычных жидкостей, при этом сохраняя одинаковую ориентацию. Направление, в котором указывают эти «стрелки», определяет оптическую ось кристалла и наделяет его рядом полезных свойств. Например, способностью взаимодействовать с поляризованным светом, меняя направление поляризации. Проходя сквозь жидкий кристалл, свет, поляризация которого совпадает с направлением оптической оси, движется с большей скоростью, чем тот, который поляризован перпендикулярно этой оси. Благодаря этой разнице в скорости, или двойному лучепреломлению, плоскость поляризации света, не совпадающей с направлением оптической оси, может поворачиваться.

Это вращение лежит в основе работы ЖК-дисплеев. Жидкокристаллический слой в них заключен между двумя слоями обычного и еще двумя — поляризационного стекла. Поляризаторы повернуты относительно друг друга на 90°, так что тот свет, который проходит сквозь один из них, блокируется вторым. В положении «ВЫКЛ» упорядоченные под действием электрического поля молекулы жидкого кристалла никак не влияют на поляризацию света, и экран остается темным. А в положении «ВКЛ» (когда электрическое поле пропадает) частицы меняют направление поляризации света, позволяя ему проходить сквозь второй поляризационный фильтр. Чтобы получить изображение, состояние каждого пикселя регулируется индивидуально.

У этой схемы есть принципиальные ограничения, говорит физик Олег Лаврентович из Государственного университета Кента (США). Электрическое поле ориентирует молекулы в положение «ВЫКЛ» за наносекунды. А вот обратный переход в положение «ВКЛ» занимает в тысячу раз больше времени, порядка нескольких миллисекунд. «Это ахиллесова пята жидких кристаллов», — говорит Лаврентович.

Лаврентович и его коллеги, Владимир Борщ и Сергей Шияновский, продемонстрировали более быстрый способ переключения состояний жидкого кристалла, не требующий переориентации молекул.

Молекулы CCN-47, использованные в эксперименте, по форме больше напоминают не стержень, а дощечку. До включения электрического поля они ориентированы так, чтобы пропускать свет, но тепловое движение вносит некоторый хаос в их ряды. Под воздействием электрического поля молекулы не меняют ориентацию, а «складываются в стопки», как доски на складе стройматериалов. В этом более упорядоченном состоянии двойное лучепреломление кристалла меняется, а вместе с ним — и угол изменения поляризации, и количество пропускаемого света. При отключении электрического поля ЖК возвращается в исходное состояние за 30 нс — в 1000 раз быстрее используемых в современных мониторах.

В настоящее время за счет контроля двойного лучепреломления нельзя полностью блокировать поступающий свет, поэтому в состоянии «ВЫКЛ» пиксель будет не черным, а серым. Но Лаврентович утверждает, что контраст может быть повышен путем изменения геометрии системы и используемых материалов. Методика может найти свое применение для контроля лазерных средств связи (вроде тех, что используются на спутниках) или создания сверхбыстрых затворов.

По сообщению Science NOW