La presión negativa gobierna no solo el Universo o el vacío cuántico. Este fenómeno, aunque de diferente naturaleza, aparece también en cristales líquidos confinados en nanoporos. En el Instituto de Física Nuclear de la Academia de Ciencias de Polonia en Cracovia, Se ha presentado un método que por primera vez permite estimar la cantidad de presión negativa en sistemas de cristal líquido espacialmente limitados.

A primera vista, la presión negativa parece ser un fenómeno exótico. De hecho, es común en la naturaleza, y lo que es más, ocurre en muchas escalas. En la escala del universo, la constante cosmológica es responsable de acelerar la expansión del espacio-tiempo. En el mundo de las plantas La atracción de fuerzas intermoleculares garantiza el flujo de agua a las copas de los árboles de más de diez metros de altura. En la escala cuántica la presión de partículas virtuales de un falso vacío conduce a la creación de una fuerza atractiva, apareciendo por ejemplo, entre dos placas de metal paralelas (el famoso efecto Casimir).

"Ya se conocía el hecho de que aparece una presión negativa en los cristales líquidos confinados en nanoporos. Sin embargo, no se sabía cómo medir esta presión. Aunque tampoco podemos hacer esto directamente, hemos propuesto un método que permite estimar de forma fiable esta presión, "dice el Dr. Tomasz Rozwadowski del Instituto de Física Nuclear de la Academia Polaca de Ciencias (IFJ PAN) en Cracovia, el primer autor de una publicación en el Revista de líquidos moleculares .

Los físicos polacos investigaron un cristal líquido conocido como 4CFPB, compuesto por moléculas de 1,67 nm de longitud con un diámetro molecular de 0,46 nm. Experimentos sin nanoporos, en condiciones de presión normal y elevada (hasta alrededor de 3000 atmósferas), se llevaron a cabo en la Universidad de Silesia en Katowice. Sucesivamente, En la Universidad de Leipzig (Alemania) se examinaron en la Universidad de Leipzig (Alemania) sistemas en membranas de silicio con nanoporos que no se cruzan con un diámetro de 6 y 8 nanómetros. La geometría de los nanoporos significaba que solo había espacio para unas pocas moléculas de cristal líquido una al lado de la otra, con los ejes largos colocados a lo largo de las paredes del canal.

Los experimentos observaron cambios en varios parámetros del cristal líquido (incluida la dispersión dieléctrica y la absorción). Las mediciones permitieron concluir que un aumento de presión iba acompañado de una ralentización de la movilidad molecular. Sin embargo, Cuanto más estrechos eran los canales en los que estaban las moléculas de cristal líquido en los nanoporos, cuanto más rápido se movían. Los datos también mostraron que la densidad de las moléculas de cristal líquido aumentaba al aumentar la presión, mientras que en los nanoporos disminuía. También hubo un cambio en las temperaturas a las que el cristal líquido pasó de la fase isotrópica líquida (con moléculas dispuestas caóticamente en el espacio) a la fase cristalina líquida más simple (nemática; las moléculas todavía están dispuestas caóticamente, pero colocan sus ejes largos en la misma dirección), y luego a la fase sólida vítrea. A medida que aumentaba la presión, las temperaturas de las transiciones de fase aumentaron. En los nanoporos, disminuyeron.

"Al aumentar la presión, todos los parámetros del cristal líquido que examinamos cambiaron a la inversa de cómo cambiaron en nanoporos con diámetros decrecientes. Esto sugiere que las condiciones en los nanoporos corresponden a una presión reducida. Dado que las moléculas de cristal líquido en los canales intentan estirar sus paredes, como si se estuvieran expandiendo, podemos hablar de presión negativa, en relación con la presión atmosférica que constriñe las paredes, "dice el Dr. Rozwadowski.

Los cambios observados en los parámetros físicos permitieron por primera vez estimar el valor de la presión negativa que aparece en el cristal líquido que llena los nanoporos. Resultó que (asumiendo que los cambios son lineales) la presión negativa en los nanoporos puede alcanzar casi -200 atmósferas. Este es un orden de magnitud mayor que la presión negativa responsable del transporte de agua en los árboles.

"Nuestra investigación es de naturaleza fundamental:proporciona información sobre la física de los fenómenos que ocurren en cristales líquidos constreñidos en nanoporos de diferentes diámetros. Sin embargo, los cristales líquidos tienen muchas aplicaciones, por ejemplo en pantallas, optoelectrónica, y medicina, por lo que cada nueva descripción de cómo se comportan estas sustancias en la nanoescala en condiciones espaciales tan específicas puede contener información práctica, "enfatizó el Dr. Rozwadowski.