En el mundo actual de información digital, diariamente se intercambia y almacena una enorme cantidad de datos.
En la década de 1980, IBM presentó el primer disco duro (que era del tamaño de un refrigerador) que podía almacenar 1 GB de datos, pero ahora tenemos dispositivos de memoria que tienen una capacidad de almacenamiento de datos mil veces mayor y pueden caber fácilmente en el palma de nuestra mano. Si el ritmo actual de aumento de la información digital sirve de indicación, necesitamos sistemas de registro de datos aún más nuevos que sean más livianos, tengan un bajo impacto ambiental y, lo más importante, tengan una mayor densidad de almacenamiento de datos.
Recientemente, una nueva clase de materiales llamados cristales líquidos columnares ferroeléctricos axialmente polares (AP-FCLC) ha surgido como candidato para futuros materiales de almacenamiento de memoria de alta densidad. Un AP-FCLC es un cristal líquido con una estructura de columnas paralelas generadas por autoensamblaje molecular, que tienen polarización a lo largo del eje de la columna.
Las columnas cambian sus direcciones polares tras la aplicación de un campo eléctrico externo. Si los AP-FCLC pueden mantener su polarización incluso después de eliminar el campo eléctrico, esta propiedad, junto con su flexibilidad, composición libre de metales, capacidad de ahorro de energía y bajo impacto ambiental, hace que los AP-FCLC sean ideales para densidades ultraaltas. Dispositivos de memoria. Desafortunadamente, debido a la naturaleza fluida de los cristales líquidos, la polaridad inducida por un campo eléctrico externo puede deshacerse fácilmente mediante estímulos externos.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Chiba, dirigido por el profesor Keiki Kishikawa de la Escuela de Graduados en Ingeniería y que incluye al estudiante de doctorado Hikaru Takahashi de la Escuela de Graduados en Ciencias e Ingeniería y al profesor asociado Michinari Kohri de la Universidad de Chiba, ha propuesto una solución a este problema. la Escuela de Graduados en Ingeniería.
En su reciente e innovador estudio, publicado en ACS Applied Nano Materials , el equipo presentó un mecanismo de fijación de polarización para un sistema AP-FCLC basado en urea, donde los materiales pueden sufrir una transición suave de la fase AP-FCLC a una fase cristalina (Cr) sin afectar la estructura polar inducida.
"El objetivo era crear un compuesto con tres estados:un estado escribible y reescribible, un estado de borrado y un estado de guardado. Se hizo hincapié en minimizar el cambio en las estructuras de empaquetamiento molecular durante el proceso de transición de fase FCLC-Cr", explica el profesor .
Para crear un sistema AP-FCLC reparable por polarización, el equipo sintetizó 1,3-bis(3',4'-di(2-butiloctiloxi)[1,1'-bifenil]-4-il)urea, una molécula orgánica que consiste en urea en su centro molecular para generar una red de enlaces de hidrógeno que puede facilitar la formación de agregados columnares en estado de cristal líquido (LC), dos grupos bifenilo como sustituyentes para generar fuertes interacciones intermoleculares en la estructura de la columna y cuatro grupos alquilo voluminosos. como cadenas terminales para evitar un empaquetamiento molecular apretado y permitir una transición de fase FCLC-Cr a menor temperatura.
El sistema FCLC preparado exhibió preservación de la polarización en la fase Cr, con almacenamiento de información de polarización térmicamente estable y resistencia al campo eléctrico externo a temperatura ambiente. Además, los investigadores descubrieron que las moléculas se autoclasificaban en columnas helicoidales de tamaño nanométrico, que luego formaban pequeños dominios y se volvían de naturaleza ferroeléctrica.
Este estudio proporciona una nueva estrategia para el desarrollo de sistemas AP-FCLC que puedan mantener su información de polarización durante mucho tiempo. El marco propuesto se puede utilizar para desarrollar materiales de memoria estables con alta tolerancia a estímulos externos y bajo impacto ambiental.
"Los AP-FCLC tienen el potencial de alcanzar una densidad de grabación más de 10.000 veces mayor que los discos Blu-ray, pero no se han puesto en práctica debido al problema de inestabilidad. Este trabajo ayudará a mejorar su confiabilidad, allanando el camino para la luz Dispositivos electrónicos flexibles de gran peso y dispositivos incinerables de registro de información confidencial", concluye el profesor Kishikawa.
Más información: Hikaru Takahashi et al, Sistema cristalino líquido columnar ferroeléctrico axialmente polar que mantiene la polarización al cambiar a la fase cristalina:implicaciones para mantener la información de polarización a largo plazo, Nanomateriales aplicados ACS (2023). DOI:10.1021/acsanm.3c01508
Proporcionado por la Universidad de Chiba
