Uma equipe de cientistas do Instituto Kirensky de Física do Ramo Siberiano da Academia Russa de Ciências e da Universidade Federal da Sibéria (SFU), juntamente com colegas russos e estrangeiros, estudaram gotículas de um cristal líquido colestérico que continha um circuito defeituoso torcido. Os resultados do estudo foram publicados em Relatórios Científicos .

Cristais líquidos (LCs) são substâncias químicas que entram na mesofase (o estado entre a matéria sólida e o líquido) dentro de uma certa faixa de temperaturas. Os cristais líquidos combinam duas propriedades opostas. Eles têm fluidez típica de líquidos, e anisotropia de propriedades físicas características de cristais sólidos (isto é, uma diferença nas propriedades dependendo da direção). Essas peculiaridades são explicadas pela ordem de orientação dos longos eixos moleculares. Como resultado, as moléculas de um LC permanecem relativamente móveis, mas são orientados de certa forma determinando a anisotropia das propriedades. As moléculas podem ter orientações diferentes, e pode mudar sob a influência de um campo elétrico. É por isso que os LCs são amplamente usados ​​em dispositivos ópticos elétricos, como telas de exibição.

A equipe trabalhou com cristais líquidos chamados colestéricos ou nemáticos quirais. Cada molécula de um cristal líquido possui vários eixos de rotação. Em estruturas de orientação, uma direção predominante de longos eixos moleculares é chamada de diretor. No caso de colestéricos, o diretor forma uma estrutura helicoidal torcida. Isso significa que as direções de eixos moleculares longos (e, portanto, seu momento de dipolo) são viradas uma contra a outra em um determinado ângulo, e suas extremidades traçam uma linha espiral (uma hélice) em torno do eixo da helicoide.

A orientação peculiar das moléculas de LC leva à modulação espacial do índice de refração do colestérico, ou seja, ele muda harmonicamente. A luz que se move através de tal estrutura difrata. A característica de propagação da luz através de um LC colestérico é determinada pelos parâmetros da estrutura de orientação helicoidal que dependem das propriedades do cristal líquido e da natureza de sua interação com o meio ambiente.

Os cientistas estudaram a estrutura de um LC colestérico em gotículas com dezenas de mícrons de tamanho e diretores perpendiculares na fronteira com o polímero. Descobriu-se que a estrutura helicoidal em várias partes das gotículas tinha diferente passo de hélice, ou seja, as distâncias nas quais o diretor deu uma volta completa.

"Nós estudamos a estrutura formada nas gotículas de um LC colestérico em detalhes, e mostrou como as gotículas olham em diferentes direções de aspecto e tamanhos de gotículas usando um microscópio óptico. Também estudamos a influência de um campo elétrico na estrutura de periodicidade e na forma dos defeitos lineares, "disse Mikhail Krakhalev, um co-autor do trabalho, um candidato a ciências físicas e matemáticas, associado científico sênior do Kirensky Institute of Physics, e o reitor da Cátedra de Física Geral do Instituto de Engenharia Física e Rádio Eletrônica, SFU.

Os cientistas provaram que um defeito em forma de dupla hélice torcida é formado em gotículas colestéricas. Os autores também estudaram as texturas ópticas de tais estruturas que podiam ser observadas em um microscópio óptico. Dado que as estruturas formadas nas gotículas colestéricas são bastante complexas, as respectivas texturas ópticas são determinadas por um número maior de fatores.

"Nós estudamos e descrevemos a correlação entre a textura óptica das gotas e seu tamanho e as direções de aspecto. As estruturas descritas podem ajudar a identificar configurações semelhantes em outros sistemas, e a abordagem sugerida por nós pode ser usada para analisar estruturas de orientação complexas, "concluiu Mikhail Krakhalev.