תמונה אופטית מקוטבת של 2D vermiculite LC המציגה צבעי הפרעה. קרדיט: ©Science China Press
חוקרים גילו פרו-חשמליות בוורמיקוליט דו-ממדי, מה שמגביר את תגובת השדה החשמלי בגבישים נוזליים וסלל את הדרך לתצוגות חדשניות בקנה מידה גדול.
מכשיר גביש נוזלי אלקטרו-אופטי (LC) עם יישומים רחבים הוא אבן יסוד בחברת המידע, שיכולה לווסת באופן רציף ודינמי את עוצמת האור, הקיטוב ועיכוב הפאזה. תובנה תיאורטית עתיקה מציעה כי חומר LC עם אנזוטרופיה גיאומטרית גדולה במיוחד ודיפול חשמלי אינהרנטי צפוי מאוד לשפר את תגובת השדה החשמלי של LCs.
עם זאת, לא מולקולות LC אורגניות מסחריות ולא ננו-חומרי LC מחקר ופיתוח עומדים בשני התנאים הנ"ל, בעוד ש-LCs כאלה לא דווחו עד כה. נכון לעכשיו, הן שאלות פתוחות עבור קהילת LC לגבי האם קיים LC כזה והגבול העליון של תגובת השדה החשמלי שלו.
גילוי של Ferroelectricity בורמיקוליט
בתגובה לשאלות אלו, לראשונה, צוות המחקר בראשות פרופסור בילו ליו מבית הספר הבינלאומי ללימודי מתקדמים Tsinghua Shenzhen, University Tsinghua, חושף את החשמל במינרל חימר בן מאה שנה, ורמיקוליט, בגבול החד-שכבתי שלו. לוורמיקוליט הדו-ממדי (2D) יש אנזוטרופיה גיאומטרית גדולה במיוחד והחשמל הפרו-אלקטרי מעניק דיפול חשמלי מובנה.
על ידי פיזור ורמיקוליט דו-ממדי במים דה-יונים, צוות המחקר מכין פיזור LC עם חלקים פרו-אלקטריים דו-ממדיים. תגובת השדה החשמלי שלו, כלומר, מקדם Kerr, מעלה את ערך השיא של מקדם Kerr בסדר גודל.
בהתחשב בכך שה-2D vermiculite LC מייצג מחלקה חדשה של LC ליוטרופי אנאורגני עם חומרים פרו-אלקטריים דו-ממדיים, התובנות הפיזיות הניתנות בעבודה זו, כגון הקשר בין התגובה והאניזוטרפיה הגיאומטרית של חומרים LC, הן בעלות אוניברסליות ל-LCs פוטנציאליים דומים אחרים.
א) תמונת AFM של ורמיקוליט דו מימדי. ב) מפת משרעת PFM של ורמיקוליט דו מימדי. ג) מפת שלב PFM של ורמיקוליט דו מימדי. ד. השוואה של תגובתיות שדה חשמלי של 2D vermiculite LC ומדיה אחרת. קרדיט: ©Science China Press
התקדמות טכנולוגית ויישומים עתידיים
פריצת הדרך של תגובתיות השדה החשמלי מאפשרת שדה חשמלי תפעולי נמוך במיוחד וייצור של התקני LC אלקטרו-אופטיים עם הפרדת אלקטרודות ברמת אינץ', דבר שלא היה מעשי בעבר. שלט חוצות בקנה מידה גדול וחסכוני באנרגיה הניתן לתצוגה עם פיקסלים בקנה מידה אינץ' יוצר עבור סצנות אינטראקטיביות בחוץ, כאשר האותיות והספרות יכולות להיות מוצגות עליו בשליטת תוכנת סמארטפון או מחוות אנושיות.
"מבחינה מדעית, אנחנו נותנים אסטרטגיה חדשה לתכנון LCs אנאורגניים מתקדמות או מערכות דמויות LC עם תגובתיות של שדה חשמלי רגיש. המפתח הוא להכין פיזור חומרים פרו-אלקטריים דו-ממדיים מכמות גדולה של שכבות". פרופ' בילו ליו אמר, "מנקודת מבט אחרת, העדויות המעוררות השראה על פרו-אלקטריות דו-ממדית במינרלים טבעיים בשכבות מביאות הזדמנויות חדשות לייצור ניתן להרחבה ויישום מעשי של חומרים פרו-אלקטריים של ואן דר ואלס".
המחקר מקבל מימון מהקרן הלאומית למדעי הטבע של סין, מחלקת החינוך של מחוז גואנגדונג, המועצה העירונית לחדשנות מדעית וטכנולוגית של שנזן, בית הספר הבינלאומי ללימודים מתקדמים של Tsinghua שנזן
