Fysiker vid University of Colorado Boulder har gått till kreativa ansträngningar för att få sina scoutingmeritmärken för knutning.

I en studie som kommer att dyka upp den 22 september i tidskriften Vetenskap , ett team av forskare upptäckte ett nytt sätt att knyta mikroskopiska knutar i en lösning av flytande kristaller. Denna typ av material finns i ett brett utbud av elektronik från högupplösta TV-apparater till mobiltelefonskärmar.

Och även om de små knutarna inte hjälper dig att säkra en roddbåt eller slå upp ett tält, de är en bedrift av kontroll, sa Jung-Shen (Benny) Tai, huvudförfattare till den nya forskningen. En gång bunden, dessa molekylära kringlor kommer inte att lossa, och de kan gå samman för att bilda stora, tredimensionella kristaller.

"Genom att ändra spänningen vi applicerar på den flytande kristallen med våra knutar, vi kan få dem att expandera eller krympa och till och med bilda CU Boulder-logotypen när de manipuleras med laser, sa Tai, en doktorand vid institutionen för fysik.

Medförfattaren Ivan Smalyukh tror att lagets flytande kristallknutar kommer att ha andra användningsområden, för.

Fysiker, han förklarade, har länge varit intresserade av hur knutar kan bildas inom ett brett spektrum av fysiska områden, som de som kommer från magneter. Problemet är att dessa fenomen inte är lätta att observera eller manipulera med konventionella verktyg.

"Forskare har föreslagit sådana här knutar inom kosmologi, kärnfysik, partikelfysik, överallt, sade Smalyukh, en professor i fysik. "Men det som är vackert med flytande kristaller är att man kan se och studera dem under ett mikroskop."

Han tillade att studien bygger på mänsklighetens långvariga besatthet av knutar. Sådana former har spelat en central roll i Celtics konstverk, Nordisk, tibetanska och kinesiska kulturer, för att nämna några.

"Mänskligheten har varit fascinerad av knutar i årtusenden, " sa Smalyukh.

Forskare är inget undantag. På 1800-talet, till exempel, berömda fysikerna William Thomson och James Clerk Maxwell föreslog att atomer själva skulle kunna bestå av små knutar energi. Denna modell avslöjades så småningom, men det hjälpte till att inspirera ett aktuellt forskningsområde som kallas matematisk knutteori.

Och det fick många forskare att leta efter knutar i andra fysiska fenomen. För deras del, Smalyukh och Tai vände sig till flytande kristaller.

Dessa typer av material är användbara eftersom de beter sig lite som fasta ämnen och lite som vätskor.

I den nya studien, forskarna experimenterade med en typ av flytande kristallmolekyl som är formad som en helix, eller en liten skruv. Eftersom dessa skruvar inte passar ihop bra, de tenderar att vrida sig, sa Smalyukh. Som ett resultat, om du blandar dem under precis rätt förhållanden, små veck kommer att börja dyka upp i lösningen. Genom ett mikroskop, de där kinkarna ser lite ut som sandkorn som flyter i ett glas vatten.

Men de är inte korn. De är knutar.

"Vi ser ett stort antal molekyler som vet hur man knyter knutar, " sa Smalyukh.

Uttryckt på ett annat sätt, molekylerna i de små vecken pekar i andra riktningar än de runt omkring dem. Och om du mäter deras kollektiva orienteringar på olika platser, de spårar linjen av en knut.

Tai tillade att teamet har sett flera olika typer av knutar dyka upp i deras flytande kristalllösningar. Den mest grundläggande är trefoil-knuten, som korsar sig tre gånger och var ett populärt motiv i keltisk konst.

"Vi hade också mer komplicerade sådana som cinquefoil-knutar, eller knutar med fem korsningar, och även de med sju korsningar, " han sa.

Som de bästa knutarna, dessa skapelser kommer inte att knäppa om inte forskarna stör det omgivande mediet - motsvarande att använda en sax för att klippa dem. Som ett resultat, teamet kunde använda laser för att flytta runt knutarna, knuffar ihop dem för att bilda mycket större strukturer.

"Med flytande kristaller, vi kan enkelt avbilda och analysera dessa knutar och jämföra dem med faktiska matematiska knutar, " Sa Tai. "Så detta ger en mycket trevlig plattform för att testa knutteori."

Smalyukh höll med och sa att det också är bara spännande att hitta ett nytt sätt att spela med knutar.

"Vi vet att det finns en vacker historia om att människor fascineras av möjligheten till knutar på fält, " sa han. "Men det var ganska oväntat att se dem i den här gestaltningen mitt framför våra ögon."