科罗拉多大学博尔德分校的丹尼尔·劳特 像石膏这样的固体单斜晶体是由倾斜柱状排列的原子组成的——科学家称之为“低对称性”状态
信用:Pixabay 科罗拉多大学博尔德分校的一个团队设计了新型液晶，这种液晶反映了一些固体晶体的复杂结构——这是在构建流动材料方面迈出的重要一步，这些材料可以与矿物和宝石(从蓝宝石到黄玉)中看到的丰富多彩的形式相匹配
该小组的发现今天发表在《自然》杂志上，有朝一日可能会导致新型智能窗户、电视或电脑显示器的出现，它们可以前所未有地弯曲和控制光线
结果归结为许多化学家和宝石学家都熟悉的固体晶体的一个特性:对称性
博尔德大学物理系教授伊万·斯马拉尤克解释说，科学家将所有已知的晶体分为七大类，再加上更多的子类——部分是基于它们内部原子的“对称操作”
换句话说，你有多少种方法可以把一面假想的镜子贴在晶体内部或者旋转它，仍然可以看到同样的结构？你可以把这个分类系统想象成巴斯金-罗宾斯的32种口味，除了矿物质
然而，迄今为止，科学家们还没有能够制造出同样多种口味的液晶——在大多数现代显示技术中都能找到的流动材料
“我们知道所有可能的固体晶体对称性的一切
这份新研究的资深作者，同时也是博尔德大学可再生和可持续能源研究所的研究员斯马拉尤说
“说到向列相液晶，也就是大多数显示器中的那种液晶，目前为止我们只展示了少数几种
" 也就是说，直到现在
在他们的最新发现中，Smalyukh和他的同事们想出了一种方法来设计第一批类似单斜和正交晶体的液晶——这七种主要固体晶体中的两种
他说，这些发现给混乱的流体世界带来了更多的秩序
“有很多可能的液晶类型，但是，到目前为止，发现的很少，”斯马拉尤说
“这对学生来说是个好消息，因为还有很多东西可以找到
" 显微镜下看到的传统的“向列”液晶
学分:Smalyukh实验室 对称在起作用 要理解晶体的对称性，首先想象你的身体
如果你把一面巨大的镜子放在你的脸中间，你会看到一个倒影，看起来(或多或少)像同一个人
固体晶体具有相似的性质
例如，包括钻石和黄铁矿在内的立方晶体是由排列成正方体形状的原子组成的
他们有很多对称操作
“例如，如果你把这些晶体绕着许多特殊的轴旋转90度或180度，所有的原子都会停留在正确的位置，”斯马利克说
但是也有其他类型的晶体
单斜晶体中的原子，包括石膏或琉璃石，排列成看起来像一个斜柱的形状
你可以随意翻转或旋转这些晶体，它们仍然只有两种不同的对称性——一个镜面和一个180度旋转的轴，或者你可以通过围绕一个轴旋转晶体并注意到它每180度看起来都是一样的来观察对称性
科学家称之为“低对称性”状态
然而，传统的液晶不显示那些复杂的结构
例如，最常见的液晶是由微小的棒状分子组成的
斯马利克说，在显微镜下，它们往往像扔进锅里的干面条一样排成一行
“当事物能够流动时，它们通常不会表现出如此低的对称性，”斯马利克说
显示具有两种对称的单斜液晶中盘状分子排列的图形
学分:斯马利尤克实验室 液体订单 他和他的同事想看看他们是否能改变这种情况
首先，研究小组将两种不同的液晶混合在一起
第一类是由棒状分子组成的普通类
第二种是由形状像超薄圆盘的粒子组成的
当研究人员把它们放在一起时，他们注意到了一些奇怪的现象:在实验室的正确条件下，这两种晶体相互挤压，改变了它们的方向和排列
最终结果是一种对称的向列液晶流体，看起来很像固体单斜晶体
里面的分子显示出一些对称性，但只有一个镜面和一个180度的旋转轴
换句话说，这个小组已经创造了一种具有玻璃陨石或石膏晶体数学特性的材料——但是它们可以像流体一样流动
“我们在问一个非常基本的问题:有哪些方法可以将有序性和流动性结合在一种材料中？”斯马利克说
这篇新论文的主要作者哈里达斯·蒙多尔说，该团队的创新是动态的:例如，如果你将液晶加热或冷却，你可以将它们变成不同结构的彩虹，每种结构都有自己的特性
这对工程师来说非常方便
“这为修改显示技术提供了不同的途径，这可能会提高智能手机等设备的能效，”博尔德大学博士后研究员蒙多尔说
他和他的同事还远没有制造出能够复制固体晶体全部光谱的液晶
但是新报纸让他们比以往任何时候都更亲近——这对各地热爱闪亮事物的人来说都是好消息
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