თხევად ფაზას, რომლის შესახებაც პირველად 1910-იან წლებში ივარაუდეს, მეცნიერებმა საბოლოოდ მიაგნეს. თხევად-კრისტალური ნაერთის გამოყენებით, მეცნიერებმა აღმოაჩინეს ახალი „სენგეტოელექტრული ნემატური“ ფაზა, რომელმაც შეიძლება, გზა გაუხსნას მასალების სრულიად ახალ კლასსა და ტექნოლოგიურ მიღწევებს.

თხევადი კრისტალების მრავალი ფაზა არსებობს, მაგრამ მათ შორის ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებულია ნემატური ფაზა. ეს გახლავთ ფაზა, რომლის საშუალებითაც არსებობს თხევადკრისტალური დისპლეების ტექნოლოგია; შესაბამისად, ალბათ ხვდებით, რატომ არიან მეცნიერები ამ საკითხით ასე დაინტერესებული.

ასეთ ფაზებს განსაზღვრავს ის, თუ როგორ იქცევა მოლეკულები მასალაში. თხევადი კრისტალების ნაერთი დამზადებულია წკეპლის მსგავსი ორგანული მოლეკულებით, რომლებსაც დაბოლოებებზე დადებითი და უაყროფითი მუხტები აქვთ, ბრტყელი ციცქნა მაგნიტების მსგავსად.

ნემატურ ფაზაში ეს მოლეკულები ისეა დაყოფილი, რომ ნახევარი ერთი მიმართულებით არის მიმართული, მეორე ნახევარი კი სხვა მიმართულებით, განლაგებულია მეტნაკლებად შემთხვევითად.

1910-იან წლებში, ორმა ფიზიკოსმა, პიტერ დებაიმ და მაქს ბორნმა წარმოადგინეს მოლეკულური მოწყობის განსხვავებული სცენარი.

მათ მიერ 1912 და 1916 წლებში გამოქვეყნებული ორი კვლევის მიხედვით, შესაძლებელი უნდა იყოს თხევადი კრისტალების ისე შექმნა, რომ მოლეკულები პოლარული წესრიგის მდგომარეობაში მოეწყონ. ეს კი იმას ნიშნავს, რომ უნდა არსებობდეს სუფთა მონაკვეთები, 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, ფიზიკოსთა ჯგუფმა შექმნა წკეპლის ფორმის ახალი ორგანული მოლეკულა, რომელიც გამოსადეგი უნდა ყოფილიყო თხევადი კრისტალებისთვის; მას RM734 უწოდეს. შემდგომ კვლევებში, RM734-მა გარკვეული უჩვეულო ქცევები გამოავლინა.

კერძოდ, მიუხედავად იმისა, რომ მაღალ ტემპერატურაზე RM734 ჩვეულებრივი ნემატური თხევად-კრისტალური ფაზის მსგავსად იქცეოდა, მისი ქცევა კიდევ უფრო უჩვეულო ხდებოდა დაბალ ტემპერატურაზე — შენიშნეს, რომ მოლეკულური მიმართულება დეფორმირდებოდა და „დამრეცად“ განლაგდებოდა.

სწორედ ამ საკითხს ეხებოდა ახალი კვლევა. კოლორადოს უნივერსიტეტის ფიზიკოსები ამ უცნაური ქცევით ძლიერ დაინტერესდნენ და მისი უფრო ახლოდან შესწავლა გადაწყვიტეს.

RM734 მათ პოლარიზებული სინათლის მიკროსკოპში მოათავსეს და მოარგეს სუსტი ელექტრული ველი, რათა ეცადათ დამრეცი ნემატური ფაზის გამოწვევა.

დამრეცმა განლაგებამ თავი არ იჩინა, მაგრამ რაღაც ნამდვილად მოხდა — იმ სექციის კიდის გარშემო, რომელიც RM734 თხევად კრისტალს შეიცავდა, გაჩნდა კაშკაშა ფერის ლაქები.

„დაახლოებით იმას ჰგავდა, ნათურა რომ შესამოწმებლად დენის წყაროში შეაერთო, მაგრამ აღმოჩნდეს, რომ შტეფსელი და მასთან მიერთებული სადენები უფრო მეტად კაშკაშებს“, — ამბობს ფიზიკოსი ნოელ კლარკი.

შემდგომმა ტესტებმა კი გამოავლინა, რომ RM734-ის ეს ფაზა 100-1000-ჯერ უფრო სწრაფად რეაგირებადი იყო ელქტრული ველისადმი, ვიდრე სხვა ნემატური თხევადი კრისტალები; ეს კი იმაზე მიუთითებს, რომ მოლეკულებმა პოლარული თანმიმდევრობა წარმოაჩინეს.

მაღალი ტემპერატურიდან გაციებისას, თანმიმდევრული ლაქები სპონტანურად მიიმართა მარტივი მიმართულებით, რომელშიც თითოეულ ლაქაში თითქმის ყველა მოლეკულა ერთნაირი მიმართულებით განლაგდა.

„ეს კი ადასტურებს, რომ ეს ფაზა ნამდვილად შედგა, სენგეტოელექტრული ნემატური სითხე“, — ამბობს კლარკი.

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

ამჯერად ჯგუფი იკვლევს, როგორ ამჟღავნებს RM734 სენგეტოელექტროობას და იმედოვნებს, რომ ამ აღმოჩენის კიდევ უფრო მეტ დეტალს გაარკვევს. ვინ იცის, იქნებ სად მიგვიყვანოს ამ ყველაფერმა?

„ნემატური სითხეების შესახებ არსებობს 40 000 კვლევა და თითქმის ნებისმიერ მათგანში ნახავთ საინტერესო ახალ შესაძლებლობებს, თუკი ნემატური სითხე სენგეტოელექტრული იქნება“, — ამბობს კალიფორნიის უნივერსიტეტის ფიზიკოსი ნოელ კლარკი.

კვლევა ჟურნალ PNAS-ში გამოქვეყნდა.

მომზადებულია colorado.edu-სა და ScienceAlert-ის მიხედვით.