Сотрудники Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН и Сибирского федерального университета (СФУ) совместно с российскими и иностранными коллегами детально изучили капли холестерического жидкого кристалла, структура которых имеет дефект в виде закрученной петли. Результаты исследований были опубликованы в журнале Scientific Reports.

Жидкие кристаллы (ЖК) – это химические вещества, которые в определенном интервале температур могут образовывать мезофазу – промежуточное состояние между твердым и жидким. Жидкие кристаллы сочетают в себе два противоположных свойства: они обладают текучестью, характерной для жидкостей, и анизотропией физических свойств (различием свойств в зависимости от направления), присущей твердым кристаллам. Такие особенности ЖК обусловлены наличием ориентационного порядка длинных осей молекул. В результате молекулы, из которых состоит жидкий кристалл, остаются относительно подвижными, но в то же время определенным образом ориентированными, чем обусловлена анизотропия свойств. Ориентация молекул может быть различной, более того, ее можно изменить под воздействием электрического поля. Именно поэтому ЖК нашли широкое применение в различных электрооптических устройствах, например, в дисплеях.

Жидкие кристаллы, с которыми работали ученые, называются холестериками, или хиральными нематиками. У каждой молекулы жидкого кристалла есть несколько осей вращения. В ориентационных структурах выделяется преимущественное направление длинных осей молекул, которое называется директор. В случае холестериков директор формирует закрученную геликоидальную структуру. Это значит, что направления длинных осей молекул (и, соответственно, их дипольные моменты) повернуты относительно друг друга на некоторый угол и концы их описывают в пространстве винтовую линию (геликоид) вокруг указанной оси геликоида.

Такая особенность ориентации молекул жидкого кристалла приводит к тому, что показатель преломления холестерика оказывается пространственно промодулирован, то есть изменяется по гармоническому закону. Свет, прошедший через такую структуру, дифрагирует. Характер распространения света через холестерик определяют параметры геликоидальной ориентационной структуры, зависящие от свойств жидкого кристалла и особенностей его взаимодействия с окружающей средой.

Ученые исследовали структуру холестерика в отдельных каплях размером несколько десятков микрон, в которых на границе раздела с полимером директор ориентируется строго перпендикулярно. Оказалось, что в таких каплях геликоидальная структура в разных участках имеет различный шаг спирали – расстояние, на котором директор делает полный оборот.

«Мы детально рассмотрели формирующуюся структуру в каплях холестерика и показали, как она "выглядит" в оптический микроскоп при различных ориентациях и размерах капель. Также мы изучили влияние электрического поля на периодичность структуры и форму линейного дефекта», – рассказал один из авторов статьи Михаил Крахалев, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН, доцент кафедры общей физики Института инженерной физики и радиоэлектроники Сибирского федерального университета.

10115523-kr.jpeg 

Капли холестерического жидкого кристалла при наблюдении в поляризационный микроскоп / Михаил Крахалев

Ученые показали, что в каплях холестерика вместо обычной геликоидальной структуры формируется дефектная структура в виде двойной закрученной спирали. Также авторы изучили у таких структур оптические текстуры, которые наблюдаются в оптический микроскоп. Так как структуры, формирующиеся в каплях холестерика, достаточно сложны, соответствующиеим оптические текстуры определяются большим числом факторов.

«Мы детально исследовали и описали то, как оптическая текстура исследуемых капель зависит от их размера и "ракурса", под которым происходит наблюдение. Описанные текстуры могут помочь идентифицировать аналогичные конфигурации в других системах, а предложенный подход может быть использован для анализа сложных ориентационных структур», – заключил Михаил Крахалев.

Похожие новости

  • 16/08/2016

    В СФУ проходит симпозиум «Тенденции в области магнетизма»

    ​15 августа в СФУ стартовал VI Евро-азиатский симпозиум "Тенденции в области магнетизма" EASTMAG-2016. Основные организаторы - Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН и СФУ. Научное мероприятие собрало почти 400 ученых-физиков, в том числе свыше 70 представителей научного сообщества из Японии, Китая, Германии, Великобритании, Тайваня, Испании и других стран.
    1565
  • 01/11/2017

    Сибирские ученые изучили новый тип нанопластин для применения в медицине

    ​Ученые из Института физики имени Л. В. Киренского Красноярского федерального исследовательского центра Сибирского отделения РАН совместно с коллегами из Сибирского федерального университета впервые изучили магнитные свойства, структуру и состав новых наночастиц семейства халькогенидов (элементов 16-й группы периодической системы, к которым относятся кислород, сера, селен, теллур, полоний и ливерморий).
    489
  • 27/11/2017

    Композиционный материал из графена и дисульфида ванадия повысит емкость и скорость заряда литий-ионных батарей

    ​Ученые из Института физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН совместно с коллегами из СФУ и Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» предложили использовать соединение графена с монослоем дисульфидом ванадия в качестве анодного материала для литий-ионных батарей.
    705
  • 24/01/2018

    Российские ученые обнаружили структурный переход в каплях жидкого кристалла

    ​Сотрудники Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН и Сибирского федерального университета (СФУ) совместно с российскими и иностранными коллегами исследовали капли нематического жидкого кристалла, измельченного в полимерной матрице.
    307
  • 16/01/2018

    Российские физики обнаружили у жидких кристаллов эффект памяти

    ​Сотрудники физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова совместно с российскими и зарубежными коллегами обнаружили эффект памяти в жидких кристаллах под действием сильных электрических полей. Результаты исследования были опубликованы в журнале Scientific Reports.
    314
  • 21/12/2016

    В СФУ будет создан НИИ нанотехнологий, спектроскопии и квантовой химии

    ​19 декабря 2016 года ученый совет Сибирского федерального университета утвердил создание Научно-исследовательского института нанотехнологий, спектроскопии и квантовой химии СФУ. НИИ будет создан на базе лаборатории нелинейной оптики и спектроскопии.
    766
  • 13/04/2017

    Квантовые вычисления выявили новые свойства «тяжелой воды»

    ​Физики Сибирского федерального университета (СФУ) вместе с коллегами из Королевского технологического института (Стокгольм, Швеция) показали, что "тяжелая вода" меняет свои свойства при облучении рентгеновским излучением.
    464
  • 21/11/2017

    В Красноярске построят центр адронной терапии

    ​Об этом рассказал Николай Токарев, начальник циклотронно-радиохимического комплекса ЦЯМ ФСНКЦ ФМБА России во время визита Владимира Колмакова, исполняющего обязанности ректора Сибирского федерального университета в центр ядерной медицины ФСНКЦ ФМБА России.
    235
  • 15/12/2017

    Химики создали новый класс люминофоров для электронной промышленности

    ​Международный коллектив химиков из Китая, России и Японии синтезировал новое кристаллическое вещество на основе оксидов редкоземельных металлов, а также описал его структуру и свойства. Расшифровка рентгенограммы нового соединение установила, что он относится к новому, ранее неизвестному классу.
    372
  • 24/03/2018

    Глава Ассоциации европейского бизнеса Франк Шауфф встретится со студентами СФУ

    13 апреля 2018 года в Сибирском федеральном университете в рамках лектория XV Красноярского экономического форума состоится встреча генерального директора Ассоциации европейского бизнеса Франка Шауффа со студентами.
    179