Une équipe de scientifiques de l'Institut de physique Kirensky de la branche sibérienne de l'Académie des sciences de Russie et de l'Université fédérale de Sibérie (SFU) ainsi que des collègues russes et étrangers ont étudié des gouttelettes d'un cristal liquide cholestérique contenant une boucle défectueuse torsadée. Les résultats de l'étude ont été publiés dans Rapports scientifiques .

Les cristaux liquides (LC) sont des substances chimiques qui entrent en mésophase (l'état entre la matière solide et le liquide) dans une certaine plage de températures. Les cristaux liquides combinent deux propriétés opposées. Ils ont une fluidité typique des liquides, et l'anisotropie des propriétés physiques caractéristiques des cristaux solides (c'est-à-dire, une différence de propriétés selon la direction). Ces particularités s'expliquent par l'ordre d'orientation des grands axes moléculaires. Par conséquent, les molécules d'un LC restent relativement mobiles, mais sont orientés d'une certaine manière déterminant l'anisotropie des propriétés. Les molécules peuvent avoir des orientations différentes, et peut changer sous l'influence d'un champ électrique. C'est pourquoi les LC sont largement utilisées dans les dispositifs d'optique électrique, tels que les écrans d'affichage.

L'équipe a travaillé avec des cristaux liquides appelés cholestériques ou nématiques chiraux. Chaque molécule d'un cristal liquide a plusieurs axes de rotation. Dans les structures d'orientation, une direction prédominante des grands axes moléculaires est appelée un directeur. En cas de cholestérique, le réalisateur forme une structure hélicoïdale torsadée. Cela signifie que les directions des grands axes moléculaires (et donc leur moment dipolaire) sont tournées l'une contre l'autre à un certain angle, et leurs extrémités tracent une ligne en spirale (une hélice) autour de l'axe de l'hélicoïde.

L'orientation particulière des molécules LC conduit à une modulation spatiale de l'indice de réfraction d'un cholestérique, c'est-à-dire qu'il change harmoniquement. La lumière passant à travers une telle structure se diffracte. La caractéristique de propagation de la lumière à travers une LC cholestérique est déterminée par les paramètres de la structure d'orientation hélicoïdale qui dépendent des propriétés du cristal liquide et de la nature de son interaction avec l'environnement.

Les scientifiques ont étudié la structure d'un LC cholestérique dans des gouttelettes mesurant des dizaines de microns et ayant des directeurs perpendiculaires à la frontière avec le polymère. Il s'est avéré que la structure hélicoïdale dans diverses parties des gouttelettes avait un pas d'hélice différent, c'est-à-dire les distances auxquelles le réalisateur a effectué un tour complet.

"Nous avons étudié en détail la structure formée dans les gouttelettes d'un LC cholestérique, et a montré comment les gouttelettes regardent différentes directions d'aspect et tailles de gouttelettes à l'aide d'un microscope optique. Nous avons également étudié l'influence d'un champ électrique sur la structure de périodicité et la forme des défauts linéaires, " a déclaré Mikhaïl Krakhalev, un co-auteur de l'ouvrage, un candidat en sciences physiques et mathématiques, associé scientifique principal de l'Institut de physique Kirensky, et le doyen de la chaire de physique générale de l'Institute of Engineering Physics and Radio Electronics, SFU.

Les scientifiques ont prouvé qu'un défaut en forme de double hélice torsadée se forme dans les gouttelettes cholestériques. Les auteurs ont également étudié les textures optiques de telles structures qui pourraient être observées au microscope optique. Étant donné que les structures formées dans les gouttelettes cholestériques sont assez complexes, les textures optiques respectives sont déterminées par un plus grand nombre de facteurs.

"Nous avons étudié et décrit la corrélation entre la texture optique des gouttelettes et leur taille et les directions d'aspect. Les structures décrites peuvent aider à identifier des configurations similaires dans d'autres systèmes, et l'approche que nous proposons peut être utilisée pour analyser des structures d'orientation complexes, " a conclu Mikhaïl Krakhalev.