Kristal Cair Baru Dibuat Yang Terlihat Seperti Kristal Padat – Dapat Memperbaiki Komputer dan Layar TV

Ilmuwan membuat kristal cair yang sangat mirip dengan padatannya.

Sebuah tim dari University of Colorado Boulder telah menemukan jenis kristal cair baru yang mencerminkan struktur kompleks dari kristal padat tertentu – sebuah langkah besar dalam konstruksi material yang mengalir yang dapat menyamai keragaman warna bentuk yang terlihat pada mineral dan permata., Dari lazulita ke topazi.

Temuan kelompok tersebut, diterbitkan 10 Februari 2021, di jurnal AlamMungkin suatu hari nanti akan muncul jenis baru jendela pintar dan televisi atau layar komputer yang dapat melipat dan mengontrol cahaya tidak seperti sebelumnya.

Hasilnya mengarah pada properti kristal padat yang akan akrab bagi banyak ahli kimia dan ahli permata: Simetri.

Ivan Smalyukh, profesor di Departemen Fisika CU Boulder, menjelaskan bahwa para ilmuwan mengklasifikasikan semua kristal yang diketahui menjadi tujuh kelas utama, ditambah lebih banyak subkelas – sebagian berdasarkan “operasi simetri” atom dalam mereka. Dengan kata lain, berapa banyak cara Anda dapat meletakkan cermin imajiner di dalam kristal atau memutarnya dan masih melihat struktur yang sama? Pikirkan sistem klasifikasi ini sebagai 32 rasa Baskin-Robbins tetapi untuk mineral.

Namun, hingga saat ini, para ilmuwan belum mampu menciptakan kristal cair – bahan lancar yang ditemukan di sebagian besar teknologi visualisasi modern – yang memiliki rasa yang sama.

“Kami tahu semua tentang semua kemungkinan simetri dari kristal padat yang dapat kami buat. Ada 230,” kata Smalyukh, penulis senior studi baru yang juga merupakan rekan di Institute of Renewable and Sustainable Energy (RASEI) di CU Boulder. “Kalau bicara tentang liquid crystal musuh, jenis yang paling banyak ditampilkan, kami hanya memiliki beberapa yang sejauh ini telah ditampilkan.”

Benar, sejauh ini.

Kristal Cair Nematik

Kristal cair “nematik” tradisional yang terlihat di bawah mikroskop. Kredit: Smalyukh Lab

Dalam penemuan terbaru mereka, Smalyukh dan rekan-rekannya menemukan cara untuk merancang kristal cair pertama yang menyerupai kristal monoklinik dan ortorombik – dua dari tujuh kelas utama kristal padat. Penemuan itu, katanya, membawa sedikit lebih banyak lagi ke dunia cairan yang kacau balau.

“Ada banyak kemungkinan jenis kristal cair, namun sejauh ini sangat sedikit yang telah ditemukan,” kata Smalyukh. “Ini kabar baik bagi siswa karena masih banyak lagi yang bisa ditemukan.”

Simetri beraksi

Untuk memahami simetri dalam kristal, pertama-tama cari tahu tubuh Anda. Jika Anda menempatkan cermin raksasa di tengah-tengah wajah Anda, Anda akan melihat pantulan yang terlihat (kurang lebih) seperti orang yang sama.

Kristal padat memiliki sifat yang serupa. Kristal kubus, yang meliputi berlian dan pirit, misalnya, tersusun dari atom yang tersusun dalam bentuk kubus sempurna. Mereka memiliki banyak operasi simetri.

“Jika Anda memutar kristal ini 90 atau 180 derajat di sekitar beberapa sumbu khusus, misalnya, semua atom berada di tempat yang tepat,” kata Smalyukh.

Kristal Cair Monoklinik

Grafik yang menunjukkan organisasi molekul berbentuk cakram dalam kristal cair monoklinik dengan dua kesimetrian. Kredit: Smalyukh Lab

Tetapi ada juga jenis kristal lainnya. Atom dalam kristal monoklinik, termasuk gipsum atau lazulite, disusun dalam bentuk yang menyerupai kolom miring. Balik atau putar kristal ini semau Anda, dan mereka selalu hanya memiliki dua kesimetrian yang berbeda – cermin bidang dan sumbu rotasi 180 derajat, atau simetri yang dapat Anda lihat dengan memutar kristal di sekitar sumbu dan perhatikan bahwa itu terlihat sama setiap 180 derajat. Ilmuwan menyebutnya keadaan “simetri rendah.”

Kristal cair tradisional, bagaimanapun, tidak menunjukkan jenis struktur kompleks ini. Kristal cair yang paling umum, misalnya, tersusun dari molekul kecil berbentuk batang. Di bawah mikroskop, mereka cenderung berbaris seperti irisan pasta kering yang dimasukkan ke dalam panci, kata Smalyukh.

“Ketika ada yang salah, mereka biasanya tidak menampilkan simetri rendah,” kata Smalyukh.

Pesan dalam bentuk cairan

Dia dan rekan-rekannya ingin melihat apakah mereka bisa mengubahnya. Sebagai permulaan, tim mencampur dua jenis kristal cair. Yang pertama adalah kelas umum yang terdiri dari molekul berbentuk batang. Yang kedua terdiri dari partikel-partikel dalam bentuk cakram ultra-halus.

Ketika para peneliti mengumpulkannya, mereka melihat sesuatu yang aneh: dalam kondisi yang tepat di laboratorium, dua jenis kristal ini didorong dan diperas, mengubah orientasi dan disposisi mereka. Hasil akhirnya adalah cairan kristal cair nematik dengan kesimetrian yang sangat mirip dengan kristal monoklinik padat. Molekul di dalamnya menunjukkan beberapa simetri, tetapi hanya bidang cermin dan sumbu rotasi 180 derajat.

Kelompok tersebut telah menciptakan, dengan kata lain, material dengan sifat matematis dari kristal lazulite atau gypsum – tetapi kemampuannya untuk mengalir seperti fluida.

“Kami bertanya pada diri sendiri pertanyaan yang sangat mendasar: Apa cara menggabungkan keteraturan dan fluiditas menjadi satu material?” Kata Smalyukh.

Dan, kreasi tim itu dinamis: jika Anda memanaskan kristal cair atau mendinginkannya, misalnya, Anda dapat mengubahnya menjadi pelangi dengan struktur berbeda, masing-masing dengan propertinya sendiri, kata Haridas Mundoor, penulis utama makalah baru tersebut. . Ini sangat berguna bagi para insinyur.

“Ini menawarkan beberapa cara yang dapat mengubah teknologi tampilan, yang dapat meningkatkan efisiensi energi dalam kinerja perangkat seperti smartphone,” kata Mundoor, rekan penelitian postdoctoral di CU Boulder.

Dia dan rekan-rekannya bahkan tidak dekat dengan pembuatan kristal cair yang dapat mereplikasi spektrum penuh kristal padat. Tapi koran baru membuat mereka lebih dekat dari sebelumnya – kabar baik bagi pecinta barang-barang berkilau di mana-mana.

Referensi: “Cairan koloid monoklinik yang dapat dikonfigurasi ulang secara termal” oleh Haridas Mundoor, Jin-Sheng Wu, Henricus H. Wensink dan Ivan I. Smalyukh, 10 Februari 2021, Alam.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03249-0

Rekan penulis lain dari makalah baru ini termasuk Jin-Sheng (Jason) Wu, seorang mahasiswa pascasarjana di CU Boulder, dan Henricus Wensink dari Universitas Paris-Saclay.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ada lebih banyak genetika daripada DNA

Ahli biologi di Inggris dan Austria telah mengidentifikasi 71 gen baru pada tikus. Ahli biologi di Universitas Bath dan Wina telah menemukan 71 gen baru...

Untuk mencegah kelaparan, adaptasi iklim membutuhkan miliaran investasi tahunan tambahan

Investasi dalam penelitian pertanian, pengelolaan air, infrastruktur dapat mencegah pertumbuhan kelaparan yang disebabkan oleh iklim. Untuk mencegah dampak perubahan iklim pada tahun 2050, yang memaksa...

Teknologi Ultra Tipis Canggih untuk Merevolusi Penglihatan Malam – “Kami Membuat Yang Tak Terlihat Terlihat”

Dr. Rocio Camacho Morales mengatakan para peneliti membuatnya "tidak terlihat, terlihat." Kredit: Jamie Kidston, Universitas Nasional Australia Biar ringan! Film ultra-tipis suatu hari...

Maju dalam dekomposisi CO2 dengan efisiensi tinggi

ARA. 1: Metode sintesis fotokatalis tiga komponen baru. Sebuah nanotube karbon enkapsulasi molekul yodium direndam dalam larutan perak nitrat (AgNO3) berair untuk menghasilkan...

Satelit Terkemuka di Lautan – Copernicus Sentinel-6 – Hidup!

Copernicus Sentinel-6 menggunakan mode inovatif yang diselingi dengan altimeter radar frekuensi ganda Poseidon-4 (C- dan Ku-band), yang telah meningkatkan kinerja dibandingkan dengan desain altimeter...

Newsletter

Subscribe to stay updated.