El caos típico de las moléculas líquidas y las características de ordenamiento de los cristales. Existen estados de materia que conectan características tan contradictorias: los cristales líquidos. Gracias a una aplicación innovadora de antimateria, se ha demostrado en el Instituto de Física Nuclear de PoloniaLa Academia de Ciencias de Cracovia dice que las estructuras formadas por ciertas moléculas de cristales líquidos deben ser de hecho diferentes de lo que se pensaba anteriormente.
Los cristales líquidos se encuentran en muchas áreas de la tecnología, y en el futuro, es probable que su uso crezca, por ejemplo, como semiconductores orgánicos. Pero para que esto sea posible, aún necesitamos realizar investigaciones básicas utilizando una variedad de técnicas experimentales parapara revelar la estructura de estos compuestos y su dinámica. Con este fin, se han llevado a cabo nuevos experimentos en la fase de cristal líquido esméctico-E Sm-E en el Instituto de Física Nuclear de la Academia de Ciencias de Polonia IFJ PAN en Cracovia. Los parámetros de este tipo están compuestos de partículas bien ordenadas separadas en capas. Hasta ahora se pensaba que la distancia entre las capas individuales de partículas era muy pequeña. La investigación realizada por los físicos de Cracovia ayudó a verificar la exactitud demodelos actuales y determinan con precisión la estructura de fase cristalina.
"Hemos empleado una técnica de medición interesante que rara vez se usa en el caso de los cristales líquidos. El método utiliza las características específicas de los positrones, que son equivalentes antimateria de los electrones ordinarios", explica el Dr. Ewa Dryzek IFJ PAN.
Un positrón como la antipartícula de un electrón tiene una carga positiva. Cuando un positrón se encuentra con un electrón, puede conducir a la aniquilación, donde la masa de ambas partículas se convierte en radiación electromagnética con una energía característica.
"En el mundo de la materia ordinaria, la antimateria es producida por procesos físicos solo en pequeñas cantidades. En el curso de nuestras mediciones usamos positrones creados en la desintegración radiactiva del isótopo de sodio 22", dice el Dr. Ewa Juszynska-Galazka IFJPAN.
Los positrones de una fuente radiactiva penetraron el material de prueba, en el cual encontraron electrones. Antes de la aniquilación de un positrón y un par de electrones, se puede formar un átomo exótico llamado positronio. En la materia blanda, como cristales líquidos o polímeros, se puede formar positronioen los nanoporos, que son pequeños huecos entre las moléculas. Medir su vida útil, es decir, el tiempo entre la emisión de un positrón de una fuente radiactiva y su aniquilación, nos permite determinar el tamaño de los nanoporos. Cuanto más pequeños son los nanoporos, más rápidose produce la aniquilación
La investigación en IFJ PAN posible gracias a la cooperación previa, entre otros esfuerzos, con el grupo de la Dra. Bozena Jasinska del Instituto de Física de la Universidad de Maria Curie-Sklodowska University en Lublin se refería a la irradiación de positrones de un compuesto llamado 4TCB,que a diferencia de muchas otras sustancias no cristaliza con una disminución de la temperatura, sino con un aumento. Los resultados mostraron que en el material se forma positronio. Sin embargo, dada la disposición modelo existente de moléculas en la fase Sm-E, fue difícilidentifique el lugar donde podría acomodarse.
"Nuestras mediciones muestran que los nanoporos de positronio son del tamaño de aproximadamente seis angstroms, es decir, seis 10 billonésimas de metro. Estos resultados fueron consistentes con una de las variantes del nuevo modelo de Sm-E, que solo recientementepropuesto por el grupo del profesor Kazuya Saito de Japón ", dice el Dr. Dryzek.
Las mediciones han confirmado que las cadenas de alquilo - 'cola' de las moléculas - están en estado líquido y, por lo tanto, tienen libertad de movimiento como en un líquido isotrópico. Vale la pena mencionar que en líquidos, como resultado de la interacción conlas moléculas circundantes, el positronio rechaza las moléculas vecinas o sus partes para producir un pequeño espacio vacío a su alrededor. Tal disposición se puede imaginar como una burbuja con positronio en su centro.
El modelo japonés Sm-E, propuesto sobre la base de pruebas calorimétricas y la difracción, asumió que las moléculas de cristal líquido están dispuestas en dos capas: la primera compuesta de anillos de fenilo rígidos, la otra de cadenas de alquilo.
"¡En este punto, toda la información comenzó a encajar! El positronio puede producir una burbuja en la capa que contiene las colas de alquilo, ya que están en estado líquido. El tamaño de la burbuja resultante corresponde al ancho de la capa".dice el Dr. Dryzek.
Las mediciones de temperatura de la vida útil del positronio confirmaron que a bajas temperaturas nitrógeno líquido el 4TCB enfriado crea vidrio, en donde el positronio no puede formarse. Los movimientos de las colas de alquilo se congelan y el positronio no puede producir una burbuja. Con un aumento de temperatura, el vidriose ablanda, lo que puede describirse como la formación de dominios similares a líquidos. Es en estos dominios donde comienza a formarse el positronio.
La espectroscopía de aniquilación de positrones se utiliza en las pruebas de materiales de metales, semiconductores y polímeros. Los resultados de IFJ PAN demuestran que, aplicada con habilidad, este método puede ser una fuente de información intrigante y detallada sobre la estructura de los cristales líquidos.
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Materiales proporcionado por Instituto Henryk Niewodniczanski de Física Nuclear de la Academia de Ciencias de Polonia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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