Los investigadores de KAIST observaron la transición de fase de los defectos topológicos formados por materiales de cristal líquido (LC) por primera vez.

La transición de fase de defectos topológicos, que también fue el tema del Premio Nobel de Física en 2016, puede ser difícil de entender para un profano, pero debe estudiarse para comprender los misterios del universo o la física subyacente de los skyrmions, que tienen defectos topológicos intrínsecos.

Si se toma la galaxia como ejemplo en el universo, es difícil observar los defectos topológicos porque el sistema es demasiado grande para observar algunos cambios durante un período de tiempo limitado. En el caso de estructuras defectuosas formadas por moléculas LC, no solo tienen un tamaño adecuado para observar con un microscopio óptico, pero también el período de tiempo en el que se puede observar directamente la transición de fase de un defecto durante unos segundos, que puede extenderse a unos minutos. Las estructuras defectuosas formadas por material LC tienen radiales, circular, o formas espirales centradas en una singularidad (núcleo del defecto), como la singularidad que ya se introdujo en la famosa película "Interstellar, "que es el punto central del agujero negro.

En general, Los materiales LC se utilizan principalmente en pantallas de cristal líquido (LCD) y sensores ópticos porque es fácil controlar su orientación específica y tienen características de respuesta rápida y enormes propiedades ópticas anisotrópicas. En términos de rendimiento de las pantallas LCD, es ventajoso que se minimicen los defectos de los materiales LC. El equipo de investigación dirigido por el profesor Dong Ki Yoon en la Escuela de Graduados de Nanociencia y Tecnología no se limitó a minimizar tales defectos, sino que trató activamente de utilizar los defectos de LC como bloques de construcción para crear micro y nanoestructuras para las aplicaciones de patrones. Durante estos esfuerzos, encontraron la manera de estudiar directamente la transición de fase de los defectos topológicos en condiciones in situ.

Considerando el material LC desde el punto de vista de un dispositivo como un LCD, la robustez es importante. Por lo tanto, el material LC se inyecta a través del fenómeno capilar entre una placa rígida de dos vidrios y la orientación de los LC puede ser seguida por la condición de anclaje superficial del sustrato de vidrio. Sin embargo, en este caso convencional, Es difícil observar la transición de fase del defecto LC debido a esta fuerte fuerza de anclaje superficial inducida por el sustrato sólido.

Para solucionar este problema, el equipo de investigación diseñó una plataforma, en el que el movimiento de las moléculas de LC no estaba restringido, formando una fina película de material LC en agua, que es como aceite flotando en el agua. Para esto, Se goteó una gota de material LC sobre agua y se extendió para formar una película delgada. Los defectos topológicos formados bajo esta circunstancia podrían mostrar la transición de fase térmica cuando se cambió la temperatura. Además, este enfoque puede rastrear la morfología de la estructura del defecto original a partir de los cambios secuenciales durante los cambios de temperatura, lo que puede dar pistas para el estudio de la formación de defectos topológicos en el cosmos o skyrmions.

El profesor Yoon dijo:"El estudio de los defectos de los cristales de LC en sí ha sido ampliamente estudiado por físicos y matemáticos durante unos 100 años. Sin embargo, esta es la primera vez que observamos directamente la transición de fase de los defectos de LC ". También agregó, "Corea es líder en la industria de LCD, pero nuestra investigación básica sobre LC no está al nivel de investigación mundial ".