Физики обнаружили повышение организации в двухфазных жидких кристаллах при нагревании. Оказалось, что добавив в обычный жидкий кристалл коллоидные диски, можно получить материал, который становится более симметричным при повышении температуры. Более того, оказалось, что можно достичь разных типов симметрии, что невозможно в случае с классическими твердыми кристаллами.

Статья опубликована в Nature.

Жидкие кристаллы — это жидкие вещества, смеси веществ или коллоидные растворы, способные к самоорганизации при определенных условиях. Благодаря самоорганизации у изначально жидкого объекта появляются свойства кристалла.

Наиболее распространенная разновидность жидких кристаллов — нематические — это вязкие жидкости, состоящие из продолговатых молекул. Как и у любой другой жидкости, расположение этих молекул хаотично и не имеет никакой симметрии. Но при возникновении внешнего электромагнитного поля, продолговатые молекулы могут все повернуться в одну и ту же сторону, что придаст жидкости кристаллические свойства.

Другая характерная группа жидких кристаллов — колончатые. Они, в свою очередь, состоят из плоских дискообразных объектов: молекул или коллоидных частиц. Благодаря такой структуре они способны образовывать колонны и спирали, а иногда могут даже сворачиваться в кольца.

Кристаллы отличаются от жидкостей и газов наличием симметрии дальнего порядка. То есть в кристалле можно выделить некий элементарный фрагмент — его называют элементарной ячейкой — и перемещать его на одинаковое расстояние вдоль его граней. Если речь идет про идеальный твердый кристалл, при перемещении вдоль граней на расстояние, которое называется периодом кристалла, элементарная ячейка будет совпадать сама с собой — то есть кристалл состоит из множества одинаковых элементарных ячеек определенной симметрии.

Считается, что симметрия элементарной ячейки кристалла совпадает с симметрией самого кристалла. Грубо говоря, если простейший фрагмент кристалла поваренной соли имеет форму куба, то и кристалл будет иметь форму куба. А компоненты нематических жидких кристаллов — продолговатые молекулы или коллоидные стержни — привносят свою одноосную симметрию в материалы на их основе. До сих пор симметрия дальнего порядка, то есть повторяемость структуры в определенной периодичностью, встречалась только в твердых кристаллах, хотя теоретически такие структуры возможны и в жидком виде. Более того, их удается получить в магнитных жидкостях.

Группе физиков под руководством Ивана Смолюка (Ivan Smalyukh) из Университета Колорадо в Боулдере удалось получить несколько типов симметрии из одного жидкокристаллического объекта.