p Pesquisadores do Centro de Pesquisa de Materiais Suaves (SMRC) da University of Colorado Boulder descobriram uma fase indescritível da matéria, proposto pela primeira vez há mais de 100 anos e procurado desde então. p A equipe descreve a descoberta do que os cientistas chamam de fase "nemática ferroelétrica" ​​do cristal líquido em um estudo publicado hoje no Proceedings of the National Academy of Sciences . A descoberta abre uma porta para um novo universo de materiais, disse o co-autor Matt Glaser, professor do Departamento de Física.

p Cristais líquidos nemáticos têm sido um tema quente na pesquisa de materiais desde os anos 1970. Esses materiais exibem uma curiosa mistura de comportamentos semelhantes a fluidos e sólidos, que lhes permitem controlar a luz. Os engenheiros os têm usado extensivamente para fazer telas de cristal líquido (LCDs) em muitos laptops, TVs e telefones celulares.

p Pense em cristais líquidos nemáticos como jogar um punhado de alfinetes em uma mesa. Os pinos, neste caso, são moléculas em forma de bastonete que são "polares" - com cabeças (as extremidades cegas) que carregam uma carga positiva e caudas (as extremidades pontiagudas) que são carregadas negativamente. Em um cristal líquido nemático tradicional, metade dos pinos aponta para a esquerda e a outra metade aponta para a direita, com a direção escolhida ao acaso.

p Uma fase de cristal líquido nemático ferroelétrico, Contudo, é muito mais disciplinado. Em tal cristal líquido, manchas ou "domínios" se formam na amostra em que todas as moléculas apontam para a mesma direção, direita ou esquerda. Na linguagem da física, esses materiais têm ordenação polar.

p Noel Clark, professor de física e diretor do SMRC, disse que a descoberta de sua equipe de um desses cristais líquidos poderia abrir uma grande variedade de inovações tecnológicas - de novos tipos de telas de exibição a memória de computador reinventada.

p "São 40, 000 artigos de pesquisa sobre nemática, e em quase qualquer um deles você vê novas possibilidades interessantes se o nemático fosse ferroelétrico, "Clark disse.

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p Sob o microscópio

p A descoberta leva anos para ser feita.

p Os ganhadores do Prêmio Nobel Peter Debye e Max Born sugeriram pela primeira vez na década de 1910 que, se você projetou um cristal líquido corretamente, suas moléculas podem cair espontaneamente em um estado polar ordenado. Não muito depois disso, pesquisadores começaram a descobrir cristais sólidos que faziam algo semelhante:suas moléculas apontavam em direções uniformes. Eles também podem ser revertidos, girando da direita para a esquerda ou vice-versa sob um campo elétrico aplicado. Esses cristais sólidos eram chamados de "ferroelétricos" por causa de suas semelhanças com os ímãs. (Ferrum significa "ferro" em latim).

p Nas décadas seguintes, Contudo, os cientistas lutaram para encontrar uma fase de cristal líquido que se comportasse da mesma maneira. Isso é, até Clark e seus colegas começarem a examinar RM734, uma molécula orgânica criada por um grupo de cientistas britânicos há vários anos.

p Esse mesmo grupo britânico, além de uma segunda equipe de cientistas eslovenos, relataram que RM734 exibiu uma fase de cristal líquido nemática convencional em temperaturas mais altas. Em temperaturas mais baixas, outra fase incomum apareceu.

p Quando a equipe de Clark tentou observar aquela fase estranha sob o microscópio, eles notaram algo novo. Sob um campo elétrico fraco, uma paleta de cores marcantes desenvolvida em direção às bordas da célula que contém o cristal líquido.

p "Foi como conectar uma lâmpada à voltagem para testá-la, mas encontrar o soquete e os fios de conexão brilhando muito mais intensamente, "Clark disse.

p Resultados impressionantes

p Então, o que estava acontecendo?

p Os pesquisadores fizeram mais testes e descobriram que esta fase do RM734 era de 100 para 1, 000 vezes mais responsivo a campos elétricos do que os cristais líquidos nemáticos usuais. Isso sugeriu que as moléculas que compõem o cristal líquido demonstraram uma ordem polar forte.

p "Quando todas as moléculas estão apontando para a esquerda, e todos veem um campo que diz, 'vá para a direita, 'a resposta é dramática, "Clark disse.

p A equipe também descobriu que domínios distintos pareciam se formar espontaneamente no cristal líquido quando ele resfriava de uma temperatura mais alta. Havia, em outras palavras, manchas dentro de sua amostra em que as moléculas pareciam estar alinhadas.

p "Isso confirmou que esta fase foi, na verdade, um fluido nemático ferroelétrico, "Clark disse.

p Esse alinhamento também foi mais uniforme do que a equipe esperava.

p "A entropia reina em um fluido, "disse Joe MacLennan, co-autor do estudo e professor de física na CU Boulder. "Tudo está se mexendo, então esperávamos muita desordem. "

p Quando os pesquisadores examinaram o quão bem alinhadas as moléculas estavam dentro de um único domínio, "ficamos surpresos com o resultado, "MacLennan disse. As moléculas estavam quase todas apontando na mesma direção.

p O próximo objetivo da equipe é descobrir como RM734 consegue esse feito raro. Glaser e o pesquisador Dmitry Bedrov da SMRC da Universidade de Utah, estão atualmente usando simulação de computador para resolver esta questão.

p "Este trabalho sugere que existem outros fluidos ferroelétricos escondidos à vista de todos, "Clark disse." É empolgante que agora técnicas como a inteligência artificial estão emergindo que permitirão uma busca eficiente por eles. "