Ciekłokrystaliczne szachy
Szachownicowa tekstura ciekłego kryształu w fazie błękitnej uzyskana techniką dual alignment, selektywnie odbijająca światło zielone i niebieskie.
Zespół dr. inż. Kamila Orzechowskiego współpracujący z naukowcami z National Sun Yat-Sen University (Tajwan) opracował innowacyjną metodę tworzenia wzorcowanych struktur ciekłokrystalicznych opartych na fazie błękitnej (Blue Phase Liquid Crystals, BPLC). Wyniki prac zostały opisane w czasopiśmie Advanced Optical Materials.
Materiały badane przez zespół naszego fizyka naturalnie wykazują selektywne odbicie światła dzięki swojej przestrzennie uporządkowanej chiralnej strukturze – podobnie jak kryształy fotoniczne. W pracy zaprezentowano dynamiczną zmianę barwy odbijanego światła pod wpływem pola elektrycznego oraz, co kluczowe, możliwość „zapamiętania” stanu struktury po wyłączeniu pola. Otwiera to drogę do urządzeń łączących funkcje wyświetlania i pamięci.
— BPLC reagują znacznie szybciej niż nematyczne ciekłe kryształy stosowane w LCD, a dzięki technice dual alignment udało się uzyskać stabilny wzór szachownicy, w którym sąsiadujące obszary odbijają światło o różnych długościach fali, co stanowi kluczowy krok w kierunku wielofunkcyjnych fotonicznych pikseli — mówi dr inż. Kamil Orzechowski. Jak wskazuje, do tej pory największym wyzwaniem było stabilne porządkowanie BPLC, jednak fotolitograficzne podejście, łączące hybrydowe i pionowe warunki brzegowe, pozwoliło precyzyjnie kierować samoorganizacją trójwymiarowych struktur ciekłokrystalicznych w fazie błękitnej.
Aby uniknąć degradacji struktury podczas przełączania polem elektrycznym, w badaniach zastosowano protokół RAF (Repetitively Applied Field), czyli sekwencję niskonapięciowych impulsów stopniowo reorientujących sieć krystaliczną bez generowania defektów. Pozwoliło to zachować monokrystaliczny charakter próbki i uzyskać stabilny stan pamięci odbijający światło w ustalonym zakresie. Dodatkowo, kontrolując jednocześnie temperaturę i natężenie pola elektrycznego, urządzenie może przełączać się między:
- całkowicie przezroczystą teksturą,
- strukturą jednorodnie odbijającą światło dla określonej długości fali,
- wzorzystą strukturą przypominającą układ pikseli, w której selektywnie odbijane są dwie wybrane długości fal,
- silnie rozpraszającym stanem.
Opracowana technika dual alignment umożliwia tworzenie przestrzennie kontrolowanych struktur BPLC o przewidywalnej orientacji krystalicznej. Kluczowym osiągnięciem jest stabilna, elektrycznie przełączana bistabilność w strukturach ciekłokrystalicznych w fazie błękitnej. Praca zespołu prezentuje nowy typ wielostabilnego urządzenia fotonicznego i dostarcza cennych wskazówek dotyczących kontrolowania dynamicznych przemian w BPLC. Wyniki badań podkreślają potencjał tej architektury dla zaawansowanych, wielofunkcyjnych systemów fotonicznych.
