Exploiter les propriétés des matériaux pour que la technologie puisse continuer à progresser, c'est s'attaquer à des systèmes de plus en plus complexes. Une équipe dirigée par un chercheur de l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo s'est concentrée sur les cristaux moléculaires et colloïdaux chiraux, révélant le rôle des champs élastiques émergents et leur comportement. Leurs conclusions sont publiées dans Proceedings of the National Academy of Sciences .

Il est facile pour la plupart des gens d'imaginer les propriétés des phases fondamentales de la matière que nous apprenons à l'école. Cependant, les frontières de la technologie dessinent souvent des domaines où les choses sont moins tranchées. Par exemple, les phases de cristaux liquides combinent la mobilité moléculaire des liquides et l'ordre des solides, ce qui leur a permis d'être appliquées dans les écrans d'une vaste gamme d'appareils grand public. Les transitions au sein de ces phases plus complexes peuvent également être difficiles à visualiser.

Les transitions de phase topologiques impliquent le réarrangement des composants d'un matériau - qu'il s'agisse de molécules ou de particules - en structures de type hélice ou vortex, appelées skyrmions. Le rôle que jouent les transitions de phase topologiques dans certains matériaux chiraux, tels que les cristaux liquides et les structures métallo-organiques, a été exploré précédemment. Cependant, il n'a pas été étudié pour les cristaux moléculaires ou colloïdaux chiraux. La chiralité est la propriété de la latéralité, dont un bon exemple est que nos mains semblent identiques, mais en fait ne s'empilent pas les unes sur les autres - ce sont des images miroir non superposables.

Les chercheurs ont créé un modèle qui leur a permis d'évaluer l'interaction entre la torsion chirale intermoléculaire et les interactions stériques sphéroïdales dans des cristaux moléculaires et colloïdaux chiraux bidimensionnels.

"Notre modèle a révélé que la compétition entre la torsion chirale et l'anisotropie stérique induisait des champs élastiques émergents dans les cristaux", explique l'auteur de l'étude, Kyohei Takae. "Cela nous donne la possibilité de contrôler les transitions de phase, ce qui nous fournit un commutateur utile lors du développement d'applications."

Les chercheurs ont démontré que le couplage élastique de la phase pouvait être contrôlé à l'aide de déclencheurs externes tels que la modification de la température ou l'application d'un champ électromagnétique ou d'une contrainte anisotrope.

"Identifier les facteurs fondamentaux qui sous-tendent le comportement des matériaux est la première étape du développement de nouvelles technologies", explique le Dr Kyohei Takae. "Notre modèle a démontré avec succès l'importance des champs élastiques émergents dans les cristaux moléculaires chiraux et devrait apporter une contribution significative aux progrès futurs des dispositifs électro- et magnéto-mécaniques."

L'étude, " Champs élastiques émergents induits par des transitions de phase topologiques :Impact de la chiralité moléculaire et de l'anisotropie stérique ", a été publiée dans Proceedings of the National Academy of Sciences . + Explorer plus loin

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