100多年前,科学家提出一种新液晶相——铁电向列液晶相,但尽管历经一个世纪的追寻,这一物质相一直未被证实。现在,美国科学家在最新一期《美国国家科学院院刊》上刊文称,他们终于发现并证实了这一物质相,最新发现有望催生一系列新材料。
最新发现是多年研究的积累和突破。1910年代,诺贝尔奖获得者彼得·德拜和马克斯·伯恩首次提出,如果正确设计液晶,其分子会自发陷入极性有序状态。此后不久,研究人员开始发现具有相似行为的固体晶体:它们的分子指向同一方向,施加电场会改变其指向。这些固态晶体由于与磁体相似而被称为“铁电体”。
在那之后几十年,科学家一直在努力寻找具有相同行为的液晶相,但一直未曾发现。直到研究人员开始研究RM734。
RM734是英国科学家几年前制造出的有机分子,当时该英国小组报告说,RM734会在较高温度下表现出常规的向列液晶相;在较低温度下则展示出另一种反常相。
自上世纪70年代以来,向列液晶一直是材料研究领域的热门话题。这些材料会展示出类似液体和类似固体的行为的混合行为,这使它们能控制光,因此被广泛用于制造液晶显示器(LCD)。
向列液晶中一半分子指向左边,另一半分子指向右边;而在铁电向列液晶相中,分子全部指向相同方向——右或左,也即这些材料拥有极性排序。
在科罗拉多大学博尔德分校软材料研究中心(SMRC)主任诺埃尔·克拉克的领导下,研究团队开展多项测试后发现,RM734的这一反常相对电场的响应程度比普通向列液晶高100到1000倍,表明组成液晶的分子表现出强极性序:“这证实了它的确是铁电向列液晶。”
研究负责人、SMRC主任诺埃尔·克拉克说,发现此类液晶可能会带来大量技术创新,如从新型显示屏到新型计算机内存等。“此外,这项工作也表明,还有其他铁电流体潜伏在我们周围,人工智能等技术或许可以将其搜索出来。”