Kredit:University of Tokyo
Att utnyttja materialens egenskaper så att tekniken kan fortsätta att gå framåt innebär att ta tag i allt mer utmanande system. Ett team som leds av en forskare från Institute of Industrial Science vid Tokyos universitet har riktat fokus mot kirala molekylära och kolloidala kristaller, och avslöjar rollen av framväxande elastiska fält och deras beteende. Deras resultat publiceras i Proceedings of the National Academy of Sciences .
Det är lätt för de flesta att föreställa sig egenskaperna hos de grundläggande faserna av materien vi lär oss om i skolan. Teknikens gränser drar dock ofta på områden där saker och ting är mindre tydliga. Till exempel kombinerar flytande kristallfaser molekylernas rörlighet för vätskor och beställning eller fasta ämnen, och detta har gjort det möjligt att applicera dem i displayer för ett stort antal konsumentenheter. Övergångarna inom dessa mer komplexa faser kan också vara utmanande att visualisera.
Topologiska fasövergångar involverar omarrangemang av komponenterna i ett material - oavsett om de är molekyler eller partiklar - till helix- eller virvelliknande strukturer, kända som skyrmioner. Den roll som topologiska fasövergångar spelar i vissa kirala material, såsom flytande kristaller och metallorganiska ramverk, har undersökts tidigare. Det har dock inte undersökts för kirala molekylära eller kolloidala kristaller. Chiralitet är egenskapen för handenhet, ett bra exempel på det är att våra händer ser likadana ut men i själva verket inte staplas ovanpå varandra – de är spegelbilder som inte kan läggas över varandra.
Forskarna skapade en modell som gjorde det möjligt för dem att bedöma interaktionen mellan den intermolekylära kirala vridningen och sfäroidala steriska interaktioner i tvådimensionella kirala molekylära och kolloidala kristaller.
"Vår modell avslöjade att konkurrensen mellan kiral vridning och sterisk anisotropi inducerade framträdande elastiska fält i kristallerna", förklarar studieförfattaren Kyohei Takae. "Detta ger oss potential att kontrollera fasövergångarna, vilket ger oss en användbar switch när vi utvecklar applikationer."
Forskarna visade att den elastiska kopplingen av fasen kunde kontrolleras med hjälp av externa triggers som att ändra temperaturen eller applicera ett elektromagnetiskt fält eller anisotropisk stress.
"Att identifiera de grundläggande faktorerna som ligger till grund för materialens beteende är det första steget i utvecklingen av ny teknik", säger Dr Kyohei Takae. "Vår modell har framgångsrikt visat vikten av emergenta elastiska fält i kirala molekylära kristaller och förväntas ge ett betydande bidrag till framtida framsteg inom elektro- och magnetomekaniska enheter."
Studien, "Emergent elastic fields induced by topological phase transitions:Impact of molecular chirity and steric anisotropy," publicerades i Proceedings of the National Academy of Sciences . + Utforska vidare
