Кварцові стрічки Мебіуса дозволяють "в'язати вузли" рідких кристалів
Рідкі кристали є одним з найважливіших елементів сучасного життя. З великим відсотком ймовірності, ви зараз читаєте ці рядки саме завдяки рідким кристалам, точніше їх здатність модулювати світло, що використовується для виготовлення плоских екранів дисплеїв комп'ютерів, планшетів, смартфонів, телевізорів і інших електронних пристроїв. Але для того, щоб просунутися далі в напрямку відображення інформації, наприклад, в бік голографічних технологій, існуючої реалізації методів управління рідкими кристалами вже недостатньо. Для цього можуть знадобитися зовсім нові метаматеріали і принципи управління, що дозволяють зорієнтувати рідкі кристали певним чином. І саме в цьому напрямку працюють вчені з університету Уорвіка (University of Warwick), яким не так давно вдалося "зав'язати" складні вузли з рідких кристалів, використовуючи мікроскопічні стрічки Мебіуса, виготовлені з кварцу.
Рідкі кристали являють собою колоїдний розчин, в якому в підвішеному стані знаходяться крихітні плоскі частинки з певної речовини. Під впливом деяких факторів, наприклад, магнітного або електричного поля, всі ці частинки займають одне і те ж просторове положення, змінюючи оптичні характеристики светопроводящей середовища. Але, якщо в середу рідких кристалів помістити сторонню частку з іншого матеріалу, кварцу, то вона порушить стрункий лад рідких кристалів, змусивши їх упорядкуватися зовсім по-іншому. Приміром, наявність у розчині круглої частинки змусить рідкі кристали вирівнятися по напрямку до центру цієї частки, створивши навколо неї голчасту оболонку. А наявність частинок більш складної форми призведе до створення досить хитромудрих форм орієнтації рідких кристалів, що може бути використано в розробці і створенні складних метаматеріалів і фотоелектричних приладів.
Використовуючи вищеописаний принцип, вчені з університету Уорвіка розробили нову математичну модель, яка дозволила їм розрахувати, що відбудеться в середовищі рідких кристалів при приміщенні в неї частинок різної складної форми. І, як виявилося, найбільш цікаві ефекти проявляються, коли ці додаткові частинки мають форму стрічки Мебіуса з кількома поворотами.
Стрічка Мебіуса з одним поворотом викликає цікаве викривлення орієнтації рідких кристалів, проте стрічки з трьома, чотирма і п'ятьма поворотами змушують рідкі кристали зав'язатися в складні вузли, у вузол трилисника, вузол Соломона і вузол пятилистника відповідно. Гарет Олександр (Gareth Alexander), вчений з університету Уорвіка, розповідає з цього приводу: "Просторові вузли є самі по собі захоплюючими і універсальними об'єктами, знайомі всім нам від зав'язування шнурків на взутті. Вузли з різних матеріалів можуть утворюватися під впливом безлічі факторів, включаючи магнітні поля, лазерне світло, вихрові течії в газах і рідинах. Ці вузли набагато складніше вузлів, завязываемых на шнурках, і ці сайти можуть надавати настільки ж складні впливу на різні фізичні речі, зокрема світло, електричний струм, магнітне поле та інші".
"Наші дослідження дозволили розробити технологію зав'язування вузлів з рідких кристалів. Тепер нам залишиться тільки визначити, який вид впливу на світло та інші явища фізичного плану можуть надавати ці рідкокристалічні вузли. А вже після цього ми зможемо використовувати унікальні властивості таких вузлів рідких кристалів в своїх цілях для створення самих різних технологій майбутнього, від голографічних дисплеїв до квантових і фотонних обчислювальних пристроїв".