KAIST -forskare observerade fasövergången av topologiska defekter som bildas av flytande kristall (LC) -material för första gången.

Fasövergången av topologiska defekter, som också var temat för Nobelpriset för fysik 2016, kan vara svårt att förstå för en lekman, men det måste studeras för att förstå universums mysterier eller den bakomliggande fysiken hos skyrmions, som har inneboende topologiska defekter.

Om galaxen tas som ett exempel i universum, Det är svårt att observera de topologiska defekterna eftersom systemet är för stort för att observera vissa förändringar under en begränsad tid. För defektstrukturer som bildas av LC -molekyler, de är inte bara en lämplig storlek att observera med ett optiskt mikroskop, men också den tidsperiod under vilken fasövergången för ett fel som uppstår kan observeras direkt under några sekunder, som kan förlängas till några minuter. Defektstrukturerna som bildas av LC -material har radiella, cirkulär, eller spiralformer centrerade på en singularitet (defekt kärna), som singulariteten som redan introducerades i den berömda filmen "Interstellar, "som är mittpunkten i det svarta hålet.

I allmänhet, LC -material används huvudsakligen i flytande kristallskärmar (LCD) och optiska sensorer eftersom det är lätt att styra deras specifika orientering och de har snabba responsegenskaper och enorma anisotropa optiska egenskaper. Det är fördelaktigt när det gäller LCD -skärmarnas prestanda att defekterna i LC -materialet minimeras. Forskargruppen som leddes av professor Dong Ki Yoon vid Graduate School of Nanoscience and Technology minimerade inte bara sådana defekter utan försökte aktivt använda LC-defekterna som byggstenar för att göra mikro- och nanostrukturer för mönsterapplikationerna. Under dessa ansträngningar, de hittade sättet att direkt studera fasövergången av topologiska defekter under in situ-förhållanden.

Med tanke på LC -materialet från en apparats synvinkel som en LCD, robusthet är viktigt. Därför, LC-materialet injiceras genom kapillärfenomenet mellan en styv tvåglasplatta och LC:s orientering kan följas av ytan förankring av glasunderlaget. Dock, i detta konventionella fall, det är svårt att observera fasövergången för LC -defekten på grund av denna starka ytförankringskraft som induceras av det fasta substratet.

För att lösa detta problem, forskargruppen utformade en plattform, där rörelsen för LC -molekylerna inte var begränsad, genom att bilda en tunn film av LC -material på vatten, som är som olja som flyter på vatten. För detta, en droppe LC -material droppades på vatten och spreds till en tunn film. De topologiska defekter som bildas under denna omständighet kan visa den termiska fasövergången när temperaturen ändrades. Dessutom, detta tillvägagångssätt kan spåra morfologin för den ursprungliga defektstrukturen från de sekventiella förändringarna under temperaturförändringarna, som kan ge tips om studien av bildandet av topologiska defekter i kosmos eller skyrmions.

Professor Yoon sa:"Studiet av LC -kristalldefekter i sig har studerats omfattande av fysiker och matematiker i cirka 100 år. Men detta är första gången som vi har observerat fasövergången för LC -defekter direkt. "Han tillade också, "Korea är ledande inom LCD -industrin, men vår grundforskning om LC är inte på världens forskningsnivå. "