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Tipp Der Redaktion - 2019

Beobachtung des Phasenübergangs von Flüssigkristallfehlern zum ersten Mal

Anonim

KAIST-Forscher beobachteten erstmals den Phasenübergang von topologischen Defekten, die von Flüssigkristall (LC) -Materialien gebildet werden.

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Der Phasenübergang von topologischen Defekten, der 2016 auch Thema des Nobelpreises für Physik war, kann für einen Laien schwierig zu verstehen sein, aber er muss untersucht werden, um die Geheimnisse des Universums oder die zugrunde liegende Physik von Skyrmionen zu verstehen haben intrinsische topologische Defekte.

Wenn die Galaxie als Beispiel im Universum genommen wird, ist es schwierig, die topologischen Defekte zu beobachten, da das System zu groß ist, um einige Veränderungen über einen begrenzten Zeitraum zu beobachten. Im Falle von Defektstrukturen, die durch LC-Moleküle gebildet werden, sind sie nicht nur eine geeignete Größe, um mit einem optischen Mikroskop zu beobachten, sondern auch die Zeitdauer, in der der Phasenübergang eines auftretenden Defekts direkt über einige Sekunden beobachtet werden kann, was kann auf ein paar Minuten verlängert werden. Die Defektstrukturen, die durch LC-Material gebildet werden, haben radiale, kreisförmige oder spiralförmige Formen, die auf einer Singularität (Defektkern) zentrieren, wie die Singularität, die bereits in dem berühmten Film "Interstellar" eingeführt wurde, welcher der Mittelpunkt des Schwarzen Lochs ist.

Im Allgemeinen werden LC-Materialien hauptsächlich in Flüssigkristallanzeigen (LCDs) und optischen Sensoren verwendet, da ihre spezifische Orientierung leicht zu steuern ist und sie schnelle Ansprecheigenschaften und große anisotrope optische Eigenschaften aufweisen. Im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit von LCDs ist es vorteilhaft, dass die Defekte der LC-Materialien minimiert sind. Das Forscherteam von Professor Dong Ki Yoon an der Graduiertenschule für Nanowissenschaften und Technologie hat solche Defekte nicht einfach minimiert, sondern aktiv versucht, die LC-Defekte als Bausteine ​​für die Herstellung von Mikro- und Nanostrukturen für die Musteranwendung zu nutzen. Während dieser Bemühungen fanden sie den Weg, den Phasenübergang von topologischen Defekten unter In-situ-Bedingungen direkt zu untersuchen.

Betrachtet man das LC-Material vom Standpunkt einer Vorrichtung wie einer LCD, ist Robustheit wichtig. Daher wird das LC-Material durch das Kapillarphänomen zwischen einer starren Zwei-Glas-Platte eingespritzt, und auf die Orientierung der LCs kann die Oberflächenverankerungsbedingung des Glassubstrats folgen. In diesem herkömmlichen Fall ist es jedoch schwierig, den Phasenübergang des LC-Defekts aufgrund dieser starken Oberflächenverankerungskraft, die durch das feste Substrat induziert wird, zu beobachten.

Um dieses Problem zu lösen, entwickelte das Forscherteam eine Plattform, in der die Bewegung der LC-Moleküle nicht eingeschränkt wurde, indem ein dünner Film aus LC-Material auf Wasser gebildet wurde, das wie Öl auf Wasser schwimmt. Dazu wurde ein Tropfen LC-Material auf Wasser aufgetropft und zu einem dünnen Film ausgebreitet. Die topologischen Defekte, die unter diesen Umständen gebildet wurden, konnten den thermischen Phasenübergang zeigen, wenn die Temperatur geändert wurde. Darüber hinaus kann dieser Ansatz die Morphologie der ursprünglichen Defektstruktur aus den sequentiellen Änderungen während der Temperaturänderungen zurückverfolgen, was Hinweise auf die Untersuchung der Bildung topologischer Defekte im Kosmos oder in Skyrmionen geben kann.

Prof. Yoon sagte: "Die Untersuchung von LC-Kristalldefekten selbst wurde von Physikern und Mathematikern etwa 100 Jahre lang intensiv untersucht. Dies ist jedoch das erste Mal, dass wir den Phasenübergang von LC-Defekten direkt beobachten konnten." Er fügte hinzu: "Korea ist führend in der LCD-Industrie, aber unsere Grundlagenforschung zu LCs ist nicht auf dem weltweiten Forschungslevel."

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Geschichte Quelle:

Materialien zur Verfügung gestellt von der Korea Advanced Institute für Wissenschaft und Technologie (KAIST) . Hinweis: Der Inhalt kann für Stil und Länge bearbeitet werden.


Zeitschriftenreferenz :

  1. Min-Jun Gim, Daniel A. Beller, Dong Ki Yoon. Morphogenese von topologischen Flüssigkristalldefekten während des nematisch-smektischen A-Phasenübergangs . Nature Communications, 2017; 8: 15453 DOI: 10.1038 / ncomms15453