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En esta nueva fase del cristal líquido, los colores cambian a medida que los investigadores aplican un pequeño campo eléctrico. Crédito: SMRC.
Investigadores del Centro de Investigación de Materiales Blandos (SMRC) de la Universidad de Colorado en Estados Unidos han descubierto una nueva fase líquida de la materia, propuesta por primera vez hace más de 100 años y buscada desde entonces.
La nueva fase se llama “nemática ferroeléctrica” de cristal líquido y está descrita en un artículo publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS).
El descubrimiento "abre una puerta a un nuevo universo de materiales", según explica el coautor Matt Glaser, profesor del Departamento de Física de la citada universidad, en un comunicado.
Contexto
Tradicionalmente se ha considerado que la materia tiene tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Ahora sabemos que tiene al menos otros cinco estados, entre lo que se encuentra el plasma.
Los cristales líquidos constituyen una forma particular de materia: comparten las características de los líquidos y los sólidos. Eso significa que sus moléculas pueden comportarse de forma desordenada (estado líquido) o de forma compacta según un patrón (estado sólido).
Según como se ordenen sus moléculas, los cristales líquidos se pueden clasificar en tres fases: nemáticos, esméticos y colestéricos.
Los cristales líquidos nemáticos tienen una fluidez similar a la de los líquidos comunes y son muy útiles, por ejemplo, en pantallas de cristal líquido (LCD) de ordenadores, televisores y teléfonos móviles, porque tienen la capacidad de controlar la luz.
Nemáticos
El nuevo descubrimiento tiene que ver con los cristales líquidos nemáticos: según estos investigadores, tienen una variante llamada ferroeléctrica que abre la puerta a una gran cantidad de innovaciones tecnológicas, desde nuevos tipos de pantallas hasta memorias de ordenador de nuevo cuño.
Para comprender la importancia del descubrimiento hay que imaginar que arrojamos un puñado de alfileres sobre la mesa, que simulan las moléculas de un cristal líquido nemático.
Siguiendo el patrón nemático, los alfileres al caer se dividen en dos grupos: la mitad apunta en una dirección, la otra mitad en la dirección opuesta, ambas aleatoriamente.
Lo que han descubierto los investigadores es que el cristal líquido nemático se puede comportar también de otra manera: cuando se somete a un campo eléctrico débil, entra en fase ferroeléctrica y todos los alfileres (moléculas) apuntan en la misma dirección.
En esta fase, las moléculas son más disciplinadas y siguen un orden polar porque los cristales líquidos nemáticos ferroeléctricos son hasta 1.000 veces más sensibles a los campos eléctricos que los líquidos solo nemáticos.
La nueva fase se llama “nemática ferroeléctrica” de cristal líquido y está descrita en un artículo publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS).
El descubrimiento "abre una puerta a un nuevo universo de materiales", según explica el coautor Matt Glaser, profesor del Departamento de Física de la citada universidad, en un comunicado.
Contexto
Tradicionalmente se ha considerado que la materia tiene tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Ahora sabemos que tiene al menos otros cinco estados, entre lo que se encuentra el plasma.
Los cristales líquidos constituyen una forma particular de materia: comparten las características de los líquidos y los sólidos. Eso significa que sus moléculas pueden comportarse de forma desordenada (estado líquido) o de forma compacta según un patrón (estado sólido).
Según como se ordenen sus moléculas, los cristales líquidos se pueden clasificar en tres fases: nemáticos, esméticos y colestéricos.
Los cristales líquidos nemáticos tienen una fluidez similar a la de los líquidos comunes y son muy útiles, por ejemplo, en pantallas de cristal líquido (LCD) de ordenadores, televisores y teléfonos móviles, porque tienen la capacidad de controlar la luz.
Nemáticos
El nuevo descubrimiento tiene que ver con los cristales líquidos nemáticos: según estos investigadores, tienen una variante llamada ferroeléctrica que abre la puerta a una gran cantidad de innovaciones tecnológicas, desde nuevos tipos de pantallas hasta memorias de ordenador de nuevo cuño.
Para comprender la importancia del descubrimiento hay que imaginar que arrojamos un puñado de alfileres sobre la mesa, que simulan las moléculas de un cristal líquido nemático.
Siguiendo el patrón nemático, los alfileres al caer se dividen en dos grupos: la mitad apunta en una dirección, la otra mitad en la dirección opuesta, ambas aleatoriamente.
Lo que han descubierto los investigadores es que el cristal líquido nemático se puede comportar también de otra manera: cuando se somete a un campo eléctrico débil, entra en fase ferroeléctrica y todos los alfileres (moléculas) apuntan en la misma dirección.
En esta fase, las moléculas son más disciplinadas y siguen un orden polar porque los cristales líquidos nemáticos ferroeléctricos son hasta 1.000 veces más sensibles a los campos eléctricos que los líquidos solo nemáticos.
Más fluidos a la vista
El próximo objetivo del equipo es descubrir cómo el cristal líquido nemático ferroeléctrico consigue esa alineación molecular.
Utilizan potentes simulaciones informáticas porque suponen que hay más fluidos ferroeléctricos a la vista: las sorpresas puede que no hayan terminado.
Los cristales líquidos nemáticos han sido un tema candente en la investigación de materiales desde la década de 1970.
"Hay 40,000 trabajos de investigación sobre la nemática, y en casi cualquiera de ellos ves nuevas posibilidades interesantes si la nemática hubiera sido ferroeléctrica", dice el autor principal, Noel Clark.
Por este motivo, el nuevo descubrimiento impulsará más desarrollos y abrirá nuevas y prometedoras oportunidades tecnológicas, según los investigadores.
El próximo objetivo del equipo es descubrir cómo el cristal líquido nemático ferroeléctrico consigue esa alineación molecular.
Utilizan potentes simulaciones informáticas porque suponen que hay más fluidos ferroeléctricos a la vista: las sorpresas puede que no hayan terminado.
Los cristales líquidos nemáticos han sido un tema candente en la investigación de materiales desde la década de 1970.
"Hay 40,000 trabajos de investigación sobre la nemática, y en casi cualquiera de ellos ves nuevas posibilidades interesantes si la nemática hubiera sido ferroeléctrica", dice el autor principal, Noel Clark.
Por este motivo, el nuevo descubrimiento impulsará más desarrollos y abrirá nuevas y prometedoras oportunidades tecnológicas, según los investigadores.
Referencia
First-principles experimental demonstration of ferroelectricity in a thermotropic nematic liquid crystal: Polar domains and striking electro-optics. Xi Chen et al. PNAS, June 10, 2020. DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2002290117
First-principles experimental demonstration of ferroelectricity in a thermotropic nematic liquid crystal: Polar domains and striking electro-optics. Xi Chen et al. PNAS, June 10, 2020. DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2002290117
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