En la fuente de rayos X de DESY, PETRA III, los científicos han investigado una forma intrigante de autoensamblaje en cristales líquidos: cuando los cristales líquidos se llenan en nanoporos cilíndricos y se calientan, sus moléculas forman anillos ordenados a medida que se enfrían, una condición quede lo contrario, no ocurre naturalmente en el material. Este comportamiento permite nanomateriales con nuevas propiedades ópticas y eléctricas, como informa en la revista el equipo dirigido por Patrick Huber de la Universidad Tecnológica de Hamburgo TUHH Cartas de revisión física .
Los científicos habían estudiado una forma especial de cristales líquidos que se componen de moléculas en forma de disco llamadas cristales líquidos discóticos. En estos materiales, las moléculas del disco pueden formar pilares altos y conductores de electricidad por sí mismos, apilándose como monedas. Los investigadores llenaroncristales líquidos discóticos en nanoporos en un vidrio de silicato. Los poros cilíndricos tenían un diámetro de sólo 17 nanómetros millonésimas de milímetro y una profundidad de 0,36 milímetros.
Allí, los cristales líquidos se calentaron a alrededor de 100 grados Celsius y luego se enfriaron lentamente. Las moléculas del disco inicialmente desorganizadas formaron anillos concéntricos dispuestos como columnas curvas redondas. Comenzando desde el borde del poro, un anillo tras otro se formaron gradualmente con la disminucióntemperatura hasta que a unos 70 grados Celsius toda la sección transversal del poro se llenó de anillos concéntricos. Al recalentar, los anillos desaparecieron gradualmente de nuevo.
"Este cambio de la estructura molecular en cristales líquidos confinados se puede monitorear con métodos de difracción de rayos X en función de la temperatura y con alta precisión", dice la coautora y científica de DESY Milena Lippmann, quien preparó y participó en los experimentosen la línea de haz de difracción de alta resolución P08 en PETRA III. "La combinación de simetría y confinamiento da lugar a transiciones de fase nuevas e inesperadas", dice Marco Mazza del Instituto Max Planck de Dinámica y Autoorganización en Gotinga, donde se modeló el procesocon simulaciones por computadora. Para este propósito, el científico de MPI Arne Zantop ideó un modelo teórico y numérico para los cristales líquidos nanoconfinados que confirmó los resultados experimentales y ayuda a interpretarlos.
Los anillos individuales se formaron escalonadamente a temperaturas características. "Esto hace posible encender y apagar los nanoanillos individuales con pequeños cambios de temperatura", enfatiza la autora principal Kathrin Sentker de TUHH. Ella había notado este fenómeno a través de una señal sorprendentemente escalonadacambios en los experimentos de láser óptico. Si bien estos cambios cuantificados generalmente solo ocurren a temperaturas muy bajas, el sistema de cristal líquido muestra este comportamiento cuántico ya muy por encima de la temperatura ambiente.
Dado que las propiedades optoeléctricas de los cristales líquidos discóticos cambian con la formación de columnas moleculares, la variante confinada por nanoporos es un candidato prometedor para el diseño de nuevos metamateriales ópticos con propiedades que pueden controlarse paso a paso a través de la temperatura. Las nanoestructuras investigadas podríantambién conducen a nuevas aplicaciones en semiconductores orgánicos, como los nanocables de temperatura conmutable, explica el coautor Andreas Schönhals del Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung BAM, el Instituto Federal Alemán de Investigación y Ensayo de Materiales, que está interesado en lay propiedades eléctricas de estos sistemas.
"El fenómeno constituye un buen ejemplo de cómo la materia blanda versátil puede adaptarse a limitaciones espaciales extremas y cómo esto puede conducir a nuevos conocimientos en física, así como a nuevos principios de diseño y control para la autoorganización de nanomateriales funcionales", explica el investigador principalHuber.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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