Российские ученые ускорят разработку устройств на основе жидких кристаллов

Фото из открытых источников

Российские ученые ускоряют разработку технологий на основе жидкокристаллических материалов благодаря новому научному подходу. Пресс-служба Московского физико-технического института (МФТИ) сообщила, что специалистами разработана точная модель, описывающая ключевую фазу в поведении жидких кристаллов — переход от изотропного состояния к нематическому. Это открытие позволяет продвинуться в создании и оптимизации приборов, работающих с жидкими кристаллами, таких как фотоуправляемые дисплеи, адаптивные линзы, «умные» окна и другие высокотехнологичные устройства, сообщает ТАСС.

Новая модель учитывает тонкие особенности поведения жидкокристаллических молекул и позволяет предсказывать их движение на молекулярном уровне, что особенно важно для промышленных применений и научных экспериментов. По словам Николая Кондратюка, исполнительного директора Центра вычислительной физики МФТИ, была успешно решена целая серия методических задач, связанных с моделированием жидких кристаллов. Это создает прочную базу для дальнейшего прогнозирования динамики молекул в различных условиях, включая температурные колебания и воздействие внешних полей.

Жидкие кристаллы занимают уникальное положение между твердым и жидким состоянием вещества. Впервые они привлекли внимание научного сообщества более 50 лет назад, когда стало известно, что их структуру можно контролировать с помощью электрического поля. Это свойство легло в основу создания жидкокристаллических экранов, а со временем — и других применений, от сенсоров до элементов оптики. Однако для большинства таких применений важно, чтобы вещество находилось в так называемой нематической фазе — состоянии, при котором молекулы ориентированы в одном направлении, образуя упорядоченную структуру. Переход между этой фазой и изотропной, где молекулы ориентированы хаотично, — сложный физический процесс, моделирование которого ранее вызывало затруднения.

Физики из МФТИ использовали в расчетах модель GAFF (General Amber Force Field), обычно применяемую для описания межатомных взаимодействий в органических молекулах. Применив ее к жидкому кристаллу 5CB, они добились высокой точности воспроизведения параметров, измеренных в экспериментах. Среди совпадающих характеристик оказались плотность вещества и параметр порядка, отражающий степень упорядоченности молекул. Тем не менее, исследование показало, что модель GAFF занижает коэффициент диффузии — параметр, характеризующий подвижность молекул. Это важно учитывать при дальнейших расчетах новых материалов и устройств.