3D колоїдний кристал в нематичному рідкому кристалі.

Науковці Інституту фізики разом з колегами з Інституту Й. Стефана (Любляна, Словенія) вперше побудували тривимірний колоїдний кристал в нематичному рідкому кристалі.

Донедавна найбільшим поштовхом для вивчення рідких кристалів було їх використання у пристроях відображення інформації. Проте, незважаючи на значний прогрес у фізиці, хімії, і технології рідких кристалів, інтенсивний пошук триває, а акценти зміщуються все більше і більше в напрямі складних гетерогенних систем, в яких рідкий кристал є тільки одним з компонентів. Одним з яскравих та перспективних прикладів таких систем є рідкокристалічні колоїдні дисперсії – системи, що складаються з частинок, диспергованих у рідкокристалічній матриці. Зазвичай, видовжені молекули нематичного рідкого кристала намагаються зорієнтуватись паралельно одна одній, внаслідок чого в рідкому кристалі виникає далекосяжний орієнтаційний порядок молекул та анізотропія пружних, оптичних, діелектричних властивостей. Тому колоїдні частинки, які задають орієнтацію молекул рідкого кристала перпендикулярно до їх поверхні, можуть супроводжуватись топологічним точковим дефектом, формуючи топологічний диполь в нематичному рідкому кристалі. Такі диполі взаємодіють подібно до електростатичних диполів і ця далекосяжна пружна взаємодія є сильною і анізотропною та може стабілізувати періодичні кристалічні ґратки колоїдних частинок. Проте довгий час взаємодія між частинками та структуроутворення в рідких кристалах досліджувалось переважно в двовимірних системах, а тривимірні рідкокристалічні колоїдні гратки були лише об"єктом теоретичних розрахунків.

Авторам публікації вперше вдалось експериментально побудувати за допомогою лазерного пінцета тривимірний дипольний колоїдний кристал, утворений 4-мікронними сферичними кварцовими частинками, у рідкокристалічній матриці. Флуоресцентна конфокальна мікроскопія підтвердила, що кристал має тетрагональну симетрію і сформований з антипаралельних топологічних диполів. Автори показали, що таким кристалом можна керувати за допомогою зовнішнього електричного поля – тривимірний колоїдний кристал стискається за умови, що анізотропія діелектричної проникності рідкокристалічної матриці додатна, а в рідких кристалах з від’ємною анізотропією діелектричної проникності прикладання електричного поля спричиняє реверсивний поворот колоїдного кристала як цілого.