Un equipo de científicos del Instituto de Física Kirensky de la Rama Siberiana de la Academia de Ciencias de Rusia y la Universidad Federal de Siberia (SFU) junto con colegas rusos y extranjeros estudiaron las gotas de un cristal líquido colestérico que contenía un circuito defectuoso retorcido. Los resultados del estudio se publicaron en Informes científicos .

Los cristales líquidos (CL) son sustancias químicas que entran en mesofase (el estado entre la materia sólida y el líquido) dentro de un cierto rango de temperaturas. Los cristales líquidos combinan dos propiedades opuestas. Tienen la fluidez típica de los líquidos, y anisotropía de las propiedades físicas características de los cristales sólidos (es decir, una diferencia en las propiedades según la dirección). Estas peculiaridades se explican por el orden de orientación de los ejes moleculares largos. Como resultado, las moléculas de un LC permanecen relativamente móviles, pero están orientados de cierta manera determinando la anisotropía de las propiedades. Las moléculas pueden tener diferentes orientaciones, y puede cambiar bajo la influencia de un campo eléctrico. Es por eso que los LC se utilizan ampliamente en dispositivos ópticos eléctricos, como pantallas de visualización.

El equipo trabajó con cristales líquidos llamados colestéricos o nemáticos quirales. Cada molécula de un cristal líquido tiene varios ejes de rotación. En estructuras de orientación, una dirección predominante de ejes moleculares largos se denomina director. En caso de colestéricas, el director forma una estructura helicoidal retorcida. Significa que las direcciones de los ejes moleculares largos (y por lo tanto su momento dipolar) se vuelven una contra la otra en un cierto ángulo, y sus extremos trazan una línea en espiral (una hélice) alrededor del eje del helicoide.

La orientación peculiar de las moléculas de LC conduce a la modulación espacial del índice de refracción de un colestérico, es decir, cambia armónicamente. La luz que se mueve a través de dicha estructura se difracta. La característica de la propagación de la luz a través de una LC colestérica está determinada por los parámetros de la estructura de orientación helicoidal que dependen de las propiedades del cristal líquido y la naturaleza de su interacción con el medio ambiente.

Los científicos estudiaron la estructura de un LC colestérico en gotitas que tenían decenas de micrones de tamaño y tenían directores perpendiculares en el límite con el polímero. Resultó que la estructura helicoidal en varias partes de las gotas tenía un paso de hélice diferente, es decir, las distancias a las que el director dio un giro completo.

"Hemos estudiado la estructura formada en las gotas de un LC colestérico en detalle, y mostró cómo las gotas se ven en diferentes direcciones de aspecto y tamaños de gota usando un microscopio óptico. También hemos estudiado la influencia de un campo eléctrico en la estructura de periodicidad y la forma de defectos lineales, "dijo Mikhail Krakhalev, un coautor del trabajo, candidato de ciencias físicas y matemáticas, asociado científico senior del Instituto de Física Kirensky, y el decano de la Cátedra de Física General del Instituto de Ingeniería Física y Radioelectrónica, SFU.

Los científicos demostraron que un defecto con forma de doble hélice retorcida se forma en gotitas colestéricas. Los autores también estudiaron las texturas ópticas de tales estructuras que podrían observarse en un microscopio óptico. Dado que las estructuras formadas en las gotitas colestéricas son bastante complejas, Las respectivas texturas ópticas están determinadas por un mayor número de factores.

"Hemos estudiado y descrito la correlación entre la textura óptica de las gotas y su tamaño y las direcciones de aspecto. Las estructuras descritas pueden ayudar a identificar configuraciones similares en otros sistemas, y el enfoque sugerido por nosotros se puede utilizar para analizar estructuras de orientación complejas, "concluyó Mikhail Krakhalev.