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.
    1719
  • 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).
    597
  • 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.
    421
  • 19/01/2017

    Максим Молокеев: Почему у китайских ученых такой большой Хирш?

    ​Сибирский ученый Максим Молокеев, вошедший в список самых высокоцитируемых российских исследователей по данным Web of Science, рассказал «Науке в Сибири» о своей работе, о том, как попасть в журнал с высоким импакт-фактором с цитируемой статьей и о публикационной активности в принципе.
    1128
  • 30/11/2017

    Синтез химиков и физиков

    За одной написанной химической формулой может скрываться сразу несколько различных веществ и структур. Так, оксид железа имеет ряд фаз, и только одна из них позволяет получать магнитные наночастицы для производства, например, более продуктивных жестких дисков.
    471
  • 14/06/2018

    Наночастицы нитрида титана повысят производительность оптоволоконных линий связи

    Ученые Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН (ФИЦ КНЦ СО РАН) совместно с коллегами из Сибирского федерального университета, Сибирского государственного университета науки и технологий им.
    235
  • 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.
    897
  • 13/02/2018

    В Нью-Дели прошел Российско-индийский фестиваль науки

    ​В Нью-Дели прошел фестиваль науки, посвященный 30-летию сотрудничества России и Индии в атомной энергетике, сообщает пресс-служба компании "Русатом - Международная сеть". По инициативе госкорпорации "Росатом" с 6 по 9 февраля прошли мероприятия, лекции, презентации для учащихся.
    355
  • 15/06/2018

    Китай, Россия и Беларусь будут сотрудничать в сфере материаловедения и аэрокосмической техники

    ​Китай, Россия и Беларусь договорились об углублении сотрудничества в сфере материаловедения и авиатехники. Соответствующие документы были подписаны в городе Наньчан, административном центре провинции Цзянси на востоке Китая.
    187
  • 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.
    514