No mundo atual da informação digital, uma enorme quantidade de dados é trocada e armazenada diariamente.



Na década de 1980, a IBM lançou o primeiro disco rígido – que era do tamanho de uma geladeira – capaz de armazenar 1 GB de dados, mas agora temos dispositivos de memória com capacidade de armazenamento de dados mil vezes maior e que cabem facilmente no palma da nossa mão. Se o atual ritmo de aumento da informação digital servir de indicação, necessitamos de sistemas de registo de dados ainda mais novos, que sejam mais leves, tenham baixo impacto ambiental e, o mais importante, tenham maior densidade de armazenamento de dados.

Recentemente, uma nova classe de materiais chamados cristais líquidos colunares ferroelétricos axialmente polares (AP-FCLCs) emergiu como candidato para futuros materiais de armazenamento de memória de alta densidade. Um AP-FCLC é um cristal líquido com uma estrutura de colunas paralelas geradas por automontagem molecular, que possuem polarização ao longo do eixo da coluna.

As colunas mudam suas direções polares mediante a aplicação de um campo elétrico externo. Se os AP-FCLCs puderem manter sua polarização mesmo após a remoção do campo elétrico, esta propriedade, juntamente com sua flexibilidade, composição livre de metal, capacidade de economia de energia e baixo impacto ambiental, torna os AP-FCLCs ideais para aplicações de densidade ultra-alta. dispositivos de memória. Infelizmente, devido à natureza fluida dos cristais líquidos, a polaridade induzida por um campo eléctrico externo pode ser facilmente desfeita por estímulos externos.

Uma solução para este problema foi agora proposta por uma equipe de pesquisadores da Universidade de Chiba, liderada pelo Professor Keiki Kishikawa da Escola de Pós-Graduação em Engenharia e incluindo o aluno do Curso de Doutorado Hikaru Takahashi da Escola de Pós-Graduação em Ciências e Engenharia e o Professor Associado Michinari Kohri de a Escola de Pós-Graduação em Engenharia.

Em seu recente estudo inovador, publicado na ACS Applied Nano Materials , a equipe apresentou um mecanismo de fixação de polarização para um sistema AP-FCLC baseado em ureia, onde os materiais podem sofrer uma transição suave da fase AP-FCLC para uma fase cristalina (Cr) sem afetar a estrutura polar induzida.

"O objetivo era realizar um composto com três estados:um estado gravável e regravável, um estado de apagamento e um estado de salvamento. A ênfase foi colocada na minimização da mudança nas estruturas de empacotamento molecular durante o processo de transição de fase FCLC-Cr, "explica o Prof. .Kishikawa.

Para criar um sistema AP-FCLC fixável por polarização, a equipe sintetizou 1,3-bis(3',4'-di(2-butiloctiloxi)[1,1'-bifenil]-4-il)ureia - uma molécula orgânica consistindo de uréia em seu centro molecular para gerar uma rede de ligações de hidrogênio que pode facilitar a formação de agregado colunar em estado de cristal líquido (LC), dois grupos bifenil como substituintes para gerar fortes interações intermoleculares na estrutura da coluna e quatro grupos alquil volumosos como cadeias terminais para evitar empacotamento molecular rígido e permitir a transição de fase FCLC-Cr em temperatura mais baixa.

O sistema FCLC preparado exibiu preservação da polarização na fase Cr, com armazenamento de informações de polarização termicamente estável e resistência ao campo elétrico externo à temperatura ambiente. Além disso, os pesquisadores descobriram que as moléculas se autoclassificaram em colunas helicoidais nanométricas, que então formaram pequenos domínios e se tornaram de natureza ferroelétrica.

Este estudo fornece uma nova estratégia para o desenvolvimento de sistemas AP-FCLC que possam manter suas informações de polarização por um longo tempo. A estrutura proposta pode ser usada para desenvolver materiais de memória estáveis, com alta tolerância a estímulos externos e baixo impacto ambiental.

"Os AP-FCLCs têm potencial para atingir uma densidade de gravação 10.000 vezes maior do que os discos Blu-ray, mas não foram colocados em uso prático devido ao problema de instabilidade. Este trabalho ajudará a melhorar sua confiabilidade, abrindo caminho para a luz dispositivos eletrônicos flexíveis de peso leve e dispositivos incineráveis ​​de gravação de informações confidenciais", conclui o Prof. Kishikawa.

Mais informações: Hikaru Takahashi et al, Sistema cristalino líquido colunar axialmente polar-ferroelétrico que mantém a polarização ao mudar para a fase cristalina:implicações para a manutenção de informações de polarização de longo prazo, ACS Applied Nano Materials (2023). DOI:10.1021/acsanm.3c01508
Fornecido pela Universidade de Chiba