თხევადი კრისტალები წარმოადგენს ნივთიერების განსაკუთრებულ სახეობას, რომელსაც შუალედური მდგომარეობა უკავია მყარ სხეულებსა და სითხეებს შორის და ხასიათდება ორივე აგრეგატული მდგომარეობის თვისებებით. ზოგადად თხევად კრისტალებს აქვთ რამდენიმე ფაზა, რაც დამოკიდებულია მათი მოლეკულების ორიენტაციაზე და მოწესრიგებაზე. მათ შორის მნიშვნელოვანია ნემატური, ქოლესტერული და სმექტიკური ფაზები.

თხევადი კრისტალების ნაერთი შედგება მოგრძო ორგანული მოლეკულებისგან, რომლებსაც დაბოლოებებზე დადებითი და უაყროფითი მუხტები აქვთ, ბრტყელი ციცქნა მაგნიტების მსგავსად. ნემატური თხევადი კრისტალებს გააჩნიათ მხოლოდ ორიენტაციული სიმეტრია, მისი მოლეკულების ნახევარი ერთი მიმართულებით არის მიმართული, მეორე ნახევარი კი სხვა მიმართულებით, განლაგება მეტნაკლებად შემთხვევითია.

ნემატური თხევადი კრისტალების გამოკვლევა მიმდინარეობს 1970 იანი წლებიდან. ისინი გამოირჩევიან ორივე, თხევადი და მყარი კრისტალების თვისებებით, რაც მათ ეხმარება სინათლის კონტროლის საქმეში. ამიტომ ნემატური კრისტალები აქტიურად გამოიყენება თხევად კრისტალური მონიტორების შესაქმნელად ლეპტოპებისთვის, ტელევიზორებისთვის, სმარტფონებისთვის და ა. შ.

თუმცა ჟურნალ Proceedings of the National Academy of Sciences ივნისის ნომერში დაბეჭდილი კოლორადოს უნივერსიტეტის მეცნიერების სტატიის კვლევის საგანის, ფეროელექტრული ნემატური თხევადი კრისტალების ფაზა, კიდევ უფრო მოწესრიგებულია, იქ ყველა მოლეკულა მიმართულია ერთსა და იმავე მიმართულებით. მსგავსი თხევადი კრისტალის აღმოჩენამ შეიძლება გამოიწვიოს ტექნოლოგიური ბუმი ახალი ტიპის ეკრანებისა და კომპიუტერის მეხსიერების შექმნის მიმართულებებით.

ნობელის პრემიის ლაურეატებმა პიტერ დებაიმ და მაქს ბორმა ჯერ კიდევ 1910-იან წლებში ივარაუდეს, რომ შესაძლებელი უნდა იყოს მოლეკულების პოლარული მეწესრიგების მქონე თხევადი კრისტალების არსებობა, სადაც ყველა მოლეკულის პოლუსები ერთი მიმართულებით არის მიმართული და გარე ელექტრული ველით შესაძლებელია ამ მიმართულების შემოტრიალება. ასეთი თვისება კარგად არის დოკუმენტირებული მყარ კრისტალებში, მას სენგეტოელექტროობას (ფეროელექტროობა) უწოდებენ, რადგან ჰგავს ფერომაგნეტიზმს. თუმცა, მიუხედავად იმისა, რომ იგივე სენგეტოელექტრულ ქცევას ნემატურ თხევად კრისტალებშიც ვარაუდობდნენ, ის მაინც მოუხელთებელი რჩებოდა.

2017 წელს, ბრიტანელ ფიზიკოსთა ჯგუფმა შექმნა ზოლოვანი ფორმის ახალი ორგანული მოლეკულა, რომელიც გამოსადეგი უნდა ყოფილიყო თხევადი კრისტალებისთვის; მას RM734 უწოდეს. შემდგომ კვლევებში, RM734-მა გარკვეული უჩვეულო ქცევები გამოავლინა.

კოლორადოს უნივერსიტეტის ფიზიკოსები ამ უცნაური ქცევით ძლიერ დაინტერესდნენ და RM734-ს უფრო ახლოდან შესწავლა გადაწყვიტეს. როდესაც მეცნიერები დააკვირდა RM734-ს მიკროსკოპის ქვეშ, მათ შენიშნეს, რომ სუსტი ელექტრული ველის ზემოქმედებისას თხევადი კრისტალის უჯრედების კიდეებისკენ ნათელი ფერების პალიტრა შეიმჩნეოდა. ასევე აღმოჩნდა, რომ RM734-ზე ელექტრული ველი გაცილებით მეტ გავლენას ახდენდა, ვიდრე ჩვეულებრივ ნემატურ თხევად კრისტალებზე, რადგან მათ მოლეკულებს უჩნდებოდათ ძლიერი პოლარული მოწესრიგება. RM734-ს ქცევა კიდევ უფრო უჩვეულო ხდებოდა დაბალ ტემპერატურაზე - მოლეკულური მიმართულება დეფორმირდებოდა და „დამრეცად“ განლაგდებოდა.

„ეს კი ადასტურებს, რომ ეს ფაზა ნამდვილად შედგა, სენგეტოელექტრული ნემატური სითხე“, - ამბობს კვლევის ერთ-ერთი ავტორი Noel A. Clark (კოლორადოს უნივერსიტეტი).

მეცნიერებმა ჯერ დაზუსტებით არ იციან, როგორ ან რატომ წარმოჩნდა ეს სენგეტოელექტრული ნემატური ფაზა, მაგრამ მისი არსებობა მიუთითებს, რომ შესაძლებელია მივიღოთ უფრო მეტი სენგეტოელექტრული სითხე. ეს კი კარს გაუხსნის ახალ ნემატურ ფიზიკასა და ახალ ტექნოლოგიებს, მათ შორის დისპლეების ტექნოლოგიას და კომპიუტერის მეხსიერებასაც.

ამჯერად ჯგუფი იკვლევს, როგორ ამჟღავნებს RM734 სენგეტოელექტროობას და იმედოვნებს, რომ ამ აღმოჩენის კიდევ უფრო მეტ დეტალს გაარკვევს. მეცნიერების შემდეგი მიზანია, გამოარკვიონ თუ რატომ იქცევიან ასე ეს მოლეკულები და მოძებნონ სხვა ფეროელექტრული სითხეები.

წყაროები:

https://www.colorado.edu/today/2020/06/10/after-century-searching-scientists-find-new-liquid-phase

https://www.slashgear.com/researchers-find-a-new-liquid-phase-of-matter-11624430/