Os pesquisadores do KAIST observaram a transição de fase de defeitos topológicos formados por materiais de cristal líquido (LC) pela primeira vez.

A transição de fase de defeitos topológicos, que também foi o tema do Prêmio Nobel de Física em 2016, pode ser difícil de entender para um leigo, mas precisa ser estudado para entender os mistérios do universo ou a física subjacente dos skyrmions, que possuem defeitos topológicos intrínsecos.

Se a galáxia for tomada como exemplo no universo, é difícil observar os defeitos topológicos porque o sistema é muito grande para observar algumas mudanças em um período limitado de tempo. No caso de estruturas defeituosas formadas por moléculas LC, eles não são apenas um tamanho adequado para observar com um microscópio óptico, mas também o período de tempo no qual a transição de fase de um defeito ocorrendo pode ser observada diretamente ao longo de alguns segundos, que pode ser estendido para alguns minutos. As estruturas de defeito formadas por material LC são radiais, circular, ou formas espirais centradas em uma singularidade (núcleo de defeito), como a singularidade que já foi introduzida no famoso filme "Interestelar, "que é o ponto central do buraco negro.

Em geral, Os materiais LC são usados ​​principalmente em telas de cristal líquido (LCDs) e sensores ópticos porque são fáceis de controlar sua orientação específica e têm características de resposta rápida e enormes propriedades ópticas anisotrópicas. É vantajoso em termos de desempenho dos LCDs que os defeitos dos materiais LC sejam minimizados. A equipe de pesquisa liderada pelo professor Dong Ki Yoon na Escola de Graduação em Nanociência e Tecnologia não apenas minimizou esses defeitos, mas tentou ativamente usar os defeitos LC como blocos de construção para fazer micro e nanoestruturas para as aplicações de padronização. Durante esses esforços, eles encontraram a maneira de estudar diretamente a transição de fase de defeitos topológicos sob condições in-situ.

Considerando o material LC do ponto de vista de um dispositivo como um LCD, robustez é importante. Portanto, o material LC é injetado através do fenômeno capilar entre uma placa rígida de dois vidros e a orientação dos LCs pode ser seguida pela condição de ancoragem da superfície do substrato de vidro. Contudo, neste caso convencional, é difícil observar a transição de fase do defeito LC devido a esta forte força de ancoragem de superfície induzida pelo substrato sólido.

Para resolver este problema, a equipe de pesquisa projetou uma plataforma, em que o movimento das moléculas LC não foi restringido, formando uma película fina de material LC na água, que é como óleo flutuando na água. Por esta, uma gota de material LC foi gotejada em água e espalhada para formar um filme fino. Os defeitos topológicos formados nesta circunstância poderiam mostrar a transição de fase térmica quando a temperatura foi alterada. Além disso, esta abordagem pode rastrear a morfologia da estrutura do defeito original a partir das mudanças sequenciais durante as mudanças de temperatura, que pode dar dicas para o estudo da formação de defeitos topológicos no cosmos ou skyrmions.

Prof Yoon disse, "O próprio estudo dos defeitos do cristal de LC foi extensivamente estudado por físicos e matemáticos por cerca de 100 anos. No entanto, esta é a primeira vez que observamos a transição de fase dos defeitos LC diretamente. "Ele também acrescentou, "A Coreia é líder na indústria de LCD, mas nossa pesquisa básica sobre LCs não está no nível de pesquisa mundial. "