Un design révolutionnaire de cristal liquide dans un cristal promet des écrans ultra-économes en énergie

Des chercheurs ont mis au point une nouvelle méthode pour sculpter un « cristal dans un cristal » liquide.

Ce cristal pourrait être utilisé pour développer des technologies d'affichage et de capteurs de nouvelle génération qui consommeraient beaucoup moins d'énergie.

Les cristaux à phase bleue

Le cristal liquide est la phase intermédiaire entre les liquides conventionnels et les cristaux solides. Il peut changer de forme comme un fluide mais possède les propriétés d'alignement moléculaire des cristaux solides.

En raison de leur comportement unique, ils sont utilisés dans les affichages électroniques et les dispositifs optiques modulés. Les LCD, par exemple, ont une large gamme d'applications, notamment les moniteurs d'ordinateur, les panneaux d'instruments, les téléviseurs, les appareils photo numériques, et plus encore.

Maintenant, une équipe de recherche de l'Université de Chicago a mis au point une nouvelle méthode pour sculpter un « cristal dans un cristal » liquide, qui pourrait être utilisée pour développer des technologies d'affichage et de capteurs de nouvelle génération.

Cristaux à phase bleue

L'orientation moléculaire des cristaux liquides est la principale raison pour laquelle ils sont utilisés pour de nombreuses technologies d'affichage. Les molécules peuvent également être organisées en motifs hautement réguliers pour refléter la lumière visible. Cette configuration est connue sous le nom de Cristaux à Phase Bleue (CPB).

Les CPB présentent des caractéristiques hautement régulières qui reflètent ou transmettent la lumière visible. Ils ont un temps de réponse plus rapide et de meilleures caractéristiques optiques comparés aux cristaux liquides conventionnels.

Référence : Science Advances | DOI:10.1126/sciadv.aax9112 | Université de Chicago

Et comme les caractéristiques qui reflètent la lumière dans les CPB sont séparées par de grandes distances (jusqu'à 300 diamètres moléculaires au lieu de quelques atomes seulement), leurs interfaces peuvent être facilement conçues. Ces interfaces sont responsables des réactions chimiques, transformations mécaniques, et de l'entrave au transport du son, de la lumière et de l'énergie.

Ces caractéristiques font des CPB des candidats parfaits pour les technologies optiques.

Sculpter un cristal avec un autre cristal

L'équipe de recherche a développé une technologie basée sur la lithographie pour concevoir une interface CPB. Ils ont chimiquement structuré les surfaces pour déposer des cristaux liquides et manipuler leur orientation moléculaire.

Le cristal liquide amplifie alors lui-même l'orientation moléculaire, permettant à un cristal bleu spécifique d'être sculpté à l'intérieur d'un autre cristal à phase bleue. Cela a permis aux chercheurs de construire des formes de cristal particulières et sur mesure à l'intérieur des cristaux liquides, une prouesse jamais réalisée auparavant.

Cristaux liquides | Crédit : Martelj/Wikimedia

À la fois le courant et la température peuvent être utilisés pour manipuler (ou changer les couleurs du) cristal nouvellement sculpté. En d'autres termes, soit le courant, soit la température peut changer une phase bleue en un autre type de phase bleue.

Signification

Cela signifie que nous avons maintenant un matériau capable de répondre à des stimuli externes et de refléter la lumière à certaines longueurs d'onde. Les propriétés optiques de ce matériau peuvent être modifiées avec précision.

Et comme ce cristal-dans-un-cristal peut être contrôlé via la tension, la température ou des produits chimiques ajoutés, il pourrait être utilisé pour de meilleures technologies d'affichage et applications de détection.

Ces cristaux nécessitent de faibles variations de tension ou de température pour changer de couleur, ainsi les appareils construits avec de tels matériaux consommeraient significativement moins d'énergie que les affichages existants.

L'étude permet aux scientifiques de manipuler les cristaux à l'échelle nanométrique et de les utiliser pour construire des structures parfaitement uniformes. Les chercheurs prévoient d'expérimenter avec d'autres dispositifs optiques et matériaux. Ils utiliseront la même technique pour développer des systèmes encore plus complexes.