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Comment réussir un mariage biaxial


Jusqu’au présent, les efforts pour réaliser des nématiques biaxiaux avec des molécules en forme de plaquettes ou avec des mélanges de composants, ont connu un succès limité. Des chercheurs de l’Université de Colorado (États-Unis) et du Laboratoire de Physique des Solides ont proposé une stratégie différente pour créer un nématique biaxial en ajustant les interactions entre des nano-bâtonnets inorganiques longs et des molécules organiques courtes.

Les cristaux liquides sont devenus essentiels au cours des cinquante dernières années, en raison de leur utilisation systématique dans les téléphones, les téléviseurs et autres appareils à écran. Le type de cristaux liquides utilisés dans ces dispositifs est connu sous le nom de cristaux liquides de phase nématique, parce que leurs molécules s’alignent d’une manière particulière. Ils sont aussi généralement uniaxiaux, ce qui signifie qu’ils s’alignent dans la même direction, bien que pas nécessairement dans le même plan. Mais au cours des dernières années, les chercheurs ont compris que les cristaux liquides de phase nématique biaxiale pourraient offrir des avantages supplémentaires. Des recherches antérieures ont montré que, grâce à des vitesses de commutation très rapides, ils pourraient jouer un rôle important dans le développement de nouvelles applications électro-optiques. Malheureusement, le développement en pratique de tels cristaux n’avait pas encore rencontré beaucoup de succès. Certains chercheurs utilisaient des molécules en forme de plaquettes, tandis que d’autres mélangeaient des molécules en forme de bâtonnets avec des molécules en forme de disques. Mais aucune approche n’avait vraiment produit les résultats souhaités. Dans cette toute nouvelle approche, les chercheurs ont essayé une nouvelle tactique pour surmonter les problèmes rencontrés avec les autres méthodes.

Trois façons possibles de préparer un cristal liquide nématique biaxial. (gauche) molécules en forme de plaquettes : ce n’est pas clair si ces molécules peuvent former une phase biaxial. (milieu) Composants en forme de disque et de bâtonnet : mélanger des molécules en forme de bâtonnets et de disques de taille similaire à tendance à produire une séparation de phase. (droite) Mélange hybride : le faible couplage entre des composants colloïdaux et moléculaires résulte en un système biaxial.

La nouvelle technique proposée consiste à combiner et à mélanger deux types de nano-bâtonnets, les uns organiques et les autres inorganiques. Les tiges inorganiques sont longues de 1000 nanomètres, alors que les particules organiques ont une longueur moyenne de seulement deux nanomètres. Mais il fallait plus. Les chercheurs ont dû "bricoler" les paramètres du mélange pour faire reposer les tiges les plus petites perpendiculairement aux tiges les plus grandes, créant ainsi deux plans. Les chercheurs ont également découvert que le nématique biaxial résultant n’est pas simplement la superposition des deux nématiques ! : les propriétés anisotropes entre les deux types de bâtonnets entraînent une répartition particulière des tiges les plus petites, générant la biaxialité sans besoin d’ingrédients supplémentaires. Ceci, note l’équipe, suggère que les propriétés des nouveaux cristaux liquides sont encore bien plus riches que ce qu’ils prévoyaient.

Référence

Hybrid molecular-colloidal liquid crystals
Haridas Mundoor, Sungoh Park, Bohdan Senyuk, Henricus H. Wensink and Ivan I. Smalyukh
Science 360 (6390), 768-771
DOI:10.1126/science.aap9359

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Rik Wensink