Une équipe de chercheurs dirigée par le professeur adjoint Yuki Arakawa, Université de technologie de Toyohashi, a cristallisé avec succès des molécules en forme de bâtonnets conjugués π avec des groupes alkylthio contenant du soufre, et développé des molécules à haute biréfringence qui présentent des cristaux liquides nématiques avec une fluidité élevée dans les plages de température, y compris la température ambiante. Cette conception moléculaire devrait offrir un nouveau matériau à cristaux liquides qui contribue à la résolution d'image de haute qualité des écrans à cristaux liquides.

Les matériaux à cristaux liquides avec une biréfringence et une constante diélectrique élevées ont contribué à abaisser la tension d'entraînement et à améliorer la vitesse de réponse des écrans à cristaux liquides (LC). Récemment, diverses approches ont été adoptées pour appliquer des matériaux LC à biréfringence élevée à des films réfléchissant la lumière à polarisation circulaire à large bande pour un film d'amélioration de la luminosité, ou aux lasers LC cholestriques pour une oscillation continue.

Côté praticité, Les matériaux LC doivent être développés soit en formant des phases LC à température ambiante, soit en fixant l'état d'orientation de LC. Cependant, l'amélioration de la biréfringence et de la constante diélectrique nécessite à la fois une structure moléculaire anisotrope et une richesse électronique, rendant inévitable une augmentation de la température de transition de phase (en particulier du point de fusion) en raison des forces intermoléculaires importantes. En bref, il est difficile de former un état cristallin liquide à température ambiante.

Le professeur assistant Yuki Arakawa et son équipe se sont intéressés aux groupements alkylthio (SCmH2m+1) contenant du soufre, une composante des sources chaudes et l'une des rares ressources excédentaires dont dispose le Japon. Bien que les groupes alkylthio aient une polarisabilité élevée et devraient être un groupe de substitution efficace pour l'amélioration de la biréfringence, seuls quelques cas réussis de molécules en forme de bâtonnets avec des groupes alkylthio formant des cristaux liquides ont été rapportés en raison de leur difficulté à cristalliser.

Le professeur adjoint Yuki Arakawa et son équipe ont introduit des chaînes alkyle substantiellement longues ayant cinq atomes de carbone ou plus à une extrémité d'une structure diphénylacétylène avec des groupes alkylthio pour révéler que la cristallinité liquide est présente pendant le processus de refroidissement. Ceci est considéré comme étant dû au fait que parmi les molécules alignées de manière antiparallèle, les groupes alkyle longs inhibent le tassement cristallin moléculaire et permettent ainsi aux molécules de tourner et de se translater tout en maintenant leur orientation, ce qui conduit finalement à la formation d'une phase cristalline liquide. Par ailleurs, l'équipe a observé un phénomène où le point de fusion a diminué en raison de la grande courbure et des propriétés de faible don d'électrons des groupes alkylthio, et a réussi à développer une molécule qui présente une cristallinité liquide dans des plages de température, y compris la température ambiante. La modification du nombre de carbones dans les groupes alkylthio après l'introduction de longues chaînes alkyle permet la formation à la fois d'une phase smectique hautement ordonnée avec une structure en couches à haute viscosité et d'une phase nématique (N) à faible viscosité, ce qui est particulièrement important pour les applications optiques. La comparaison avec des analogues de l'oxygène a confirmé une amélioration significative des propriétés optiques.

"Il n'y avait que quelques rapports sur des molécules de structure en forme de tige avec des groupes alkylthio présentant des phases cristallines liquides, et aucune étude n'a révélé les caractéristiques de ces molécules, y compris la raison pour laquelle ils ont tendance à ne pas former de phases cristallines liquides. Nous visons maintenant à utiliser pleinement les caractéristiques de chaque phase pour explorer diverses propriétés physiques optiques et électroniques, comprenant non seulement les propriétés optiques mais aussi les propriétés des semi-conducteurs, ", explique le professeur adjoint Arakawa.