Alcuni ricercatori dell’Università del Colorado hanno finalmente osservato un cristallo liquido in fase nematica con le proprietà ipotizzate un secolo fa da Peter Debye e Max Born

Entropia: la misura del disordine dell’universo. Un concetto fisico poi diventato filosofico. Lo stato delle cose più probabile è quello disordinato, in qualsiasi circostanza. O quasi. Un gruppo di ricercatori dell’Università del Colorado descrive infatti, in uno studio pubblicato su Proceedings of the National Academy of Science, una nuova fase della materia che, invece di tendere al disordine, tende all’ordine: la fase ferroelettrica nematica dei cristalli liquidi. La scoperta è stata anticipata negli anni ’10 del secolo scorso dai premi Nobel Peter Debye e Max Born e, durante l’ultimo secolo, è stata oggetto di grande interesse da parte della comunità scientifica. La tecnologia dei cristalli liquidi, infatti, è quella che sta alla base degli schermi dei dispositivi elettronici che usiamo comunemente. “Una scoperta del genere”, confermano gli autori dello studio, “potrebbe portare a una vasta gamma di innovazioni tecnologiche, da nuovi tipi di schermi a migliori memorie dei computer”.

Ma facciamo un passo indietro. I cristalli liquidi si trovano in uno stato della materia che è a metà tra quello liquido e quello solido. Esistono diverse fasi in cui possono trovarsi: una di queste è quella nematica, che si può immaginare come una manciata di spilli caduti su un tavolo. Gli spilli, in questo caso, sono molecole polari a forma di bastoncino, con la testa carica positivamente e la coda negativamente. In un tradizionale cristallo nematico, la direzione di questi “spilli” è casuale: tende al disordine. La fase ferroelettrica nematica, invece, è ordinata: le molecole puntano tutte nella stessa direzione. Cento anni fa, Debye e Born, in una serie di pubblicazioni scientifiche, ipotizzarono proprio la presenza di una fase dei cristalli liquidi con le molecole in un ordine polare. Non molto tempo dopo, alcuni scienziati scoprirono una proprietà dei cristalli solidi, detta “ferroelettricità”, per la quale le molecole puntano tutte nella stessa direzione, che può essere invertita una volta applicato un campo elettrico. La particolarità è che le molecole rimangono polarizzate anche dopo lo spegnimento del campo, sono quindi particolarmente sensibili all’elettricità.

Negli anni successivi, gli scienziati hanno cercato una fase liquida che si comportasse come i cristalli solidi ferroelettrici. Ma non erano riusciti a scoprire proprietà simili in un cristallo liquido, almeno fino a ora. I ricercatori dell’Università del Colorado, infatti, nell’osservare al microscopio la molecola RM734, già segnalata da altri studi per i suoi comportamenti insoliti, hanno notato che, applicando un campo elettrico, comparivano delle macchie dai colori vivaci ai bordi della cella contenente la molecola sotto forma di cristallo liquido.

“È stato come collegare una lampadina alla tensione per testarla e trovare, invece, i cavi della presa e del collegamento più luminosi della lampadina stessa”, affermano gli autori dello studio. Ulteriori test hanno confermato che questa molecola era tra le 100 e le 1000 volte più sensibile ai campi elettrici rispetto ai cristalli liquidi nematici: era proprio il tanto cercato fluido nematico ferroelettrico. “Il prossimo obiettivo è quello di capire il perché di questo raro comportamento della molecola RM734, ma questo lavoro suggerisce anche che potrebbero esserci altri fluidi ferroelettrici che si nascondono in bella vista”, concludono gli autori dello studio. “È eccitante che questa scoperta sia stata fatta proprio nel periodo in cui stanno emergendo le intelligenze artificiali. Credo che la nostra ricerca sarà fondamentale in questo senso”.  

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