Новый метод улучшает жидкие кристаллы, наделяя их «памятью»

Эластичные диполи в жидких кристаллах, ограниченных массивами микростолбиков. Автор: Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02966-x

Учёные разработали инновационный способ, позволяющий жидким кристаллам сохранять информацию о своём движении. Этот метод может усовершенствовать технологии, такие как устройства памяти и датчики, а также открыть путь к созданию «умных» и гибких материалов будущего.

Жидкие кристаллы, используемые в LCD-экранах телевизоров и смартфонов, содержат молекулы, сочетающие свойства жидкостей и твёрдых тел, что придаёт им уникальные характеристики. Однако мягкие материалы, такие как жидкости, гели и полимеры, несмотря на лёгкость обработки и малый вес, легко деформируются и часто требуют замены.

Обычные материалы состоят из молекул, выстроенных в определённых направлениях. Но жидкие кристаллы могут стать гораздо полезнее, если все их молекулы будут ориентированы в одном направлении — это называется полярным порядком.

«Мягкие вещества пока не могут конкурировать с твёрдотельными накопителями по скорости, надёжности или миниатюризации. Поэтому возникает вопрос: как нам управлять их внутренней структурой, чтобы сделать их сопоставимыми с традиционными жёсткими материалами?» — пояснил Сяогуан Ван, доцент химического и биомолекулярного инженеринга в Университете Огайо и соавтор исследования, опубликованного в журнале Nature Physics.

В поисках решения учёные обнаружили, что движение жидких кристаллов можно программировать с помощью внешних сил, таких как жидкость или электричество. В данном эксперименте использовались капли воды, чтобы проверить, можно ли повлиять на границу раздела жидкого кристалла.

Сначала команда вытравила столбики на кремниевой подложке и заполнила промежутки жидкими кристаллами. Затем на поверхность нанесли слой воды.

Подобно тому, как северный и южный полюса магнита реагируют на магнитное поле, молекулы кристаллов мгновенно ориентировались в направлении движения капли. При повторном перемещении капли направление молекул менялось, отметил Ван.

Важно, что эксперимент показал: молекулы жидких кристаллов способны «запоминать» свою ориентацию, что открывает новые возможности для обмена информацией без использования электроники. «Они могут сохранять направленность записанной информации, то есть наша векторная система работает как устройство памяти», — пояснил учёный.

Хотя внедрение метода в крупные проекты ещё требует работы, контроль над ориентацией молекул может привести не только к новым функциям в различных технологиях, но и к открытию новых физических явлений, отметил Уфуома Кара, ведущий автор исследования и бывший научный сотрудник Университета Огайо.

«Увеличивая уровень полярности в этих материалах, мы исследуем новые области применения, включая расширение объёма информации, которую можно в них закодировать», — сказал он.

Создание таких материалов в промышленных масштабах — сложная задача, но их успешная разработка может привести к появлению жидких кристаллов нового поколения, способных выступать как сверхмалыми процессорами, так и перепрограммируемыми устройствами хранения данных.

«Это открытие действительно вдохновляет и может пробудить интерес у молодых учёных, желающих заниматься подобными исследованиями», — добавил Кара.

Дополнительная информация: Ufuoma I. Kara et al, Multistable polar textures in geometrically frustrated nematic liquid crystals, Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02966-x

Источник: The Ohio State University