科罗拉多大学博尔德分校 当研究人员施加一个小电场时，这个新发现的液晶相的颜色发生了变化
信用:SMRC 科罗拉多大学博尔德软材料研究中心(SMRC)的研究人员发现了物质的一个难以捉摸的阶段，这个阶段在100多年前被首次提出，并从此受到追捧
该团队在今天发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究中描述了科学家所说的液晶“铁电向列”相的发现
该研究的合著者、物理系教授马特·格拉泽说，这一发现开启了一扇通向新材料世界的大门
自20世纪70年代以来，向列相液晶一直是材料研究的热点
这些材料表现出一种奇怪的类似流体和固体的混合行为，这使得它们能够控制光
工程师们广泛使用它们来制造许多笔记本电脑、电视和手机中的液晶显示器
想象一下向列相液晶就像把一把大头针扔在桌子上
在这种情况下，针是“极性”的杆状分子——头部(钝端)带正电荷，尾部(尖端)带负电荷
在传统的向列液晶中，一半引脚指向左边，另一半指向右边，方向是随机选择的
然而，铁电向列型液晶相更加严格
在这种液晶中，样品中形成的斑块或“区域”中的分子都指向同一个方向，或者是右边，或者是左边
用物理学术语来说，这些材料具有极性排序
诺埃尔·克拉克是物理学教授和SMRC大学的主任，他说他的团队发现了一种这样的液晶，这可能会带来大量的技术创新——从新型显示屏到重新想象的计算机内存
克拉克说:“有40，000篇关于线虫的研究论文，如果向列相是铁电的，你几乎可以在其中任何一篇论文中看到有趣的新可能性。”
显微镜下看到的液晶新相
菱形显示了几乎所有分子都具有相同取向的“区域”，如箭头所示(底部)
学分:SMRC 显微镜下看到的液晶新相
菱形显示了几乎所有分子都具有相同取向的“区域”，如箭头所示(底部)
学分:SMRC 接受严格检查 这项发现正在酝酿多年
诺贝尔奖得主彼得·约瑟夫·威廉·德拜和梅克斯·玻恩在20世纪10年代首次提出，如果你设计的液晶正确，它的分子可以自发地进入极性有序状态
此后不久，研究人员开始发现类似的固体晶体:它们的分子指向一致的方向
在外加电场的作用下，它们也可以反转，从右向左翻转，反之亦然
这些固体晶体被称为“铁电体”，因为它们与磁铁相似
(铁是拉丁语中“铁”的意思)
然而，在此后的几十年里，科学家们努力寻找一种表现相同的液晶相
也就是说，直到克拉克和他的同事们开始研究RM734，一种几年前由一群英国科学家创造的有机分子
同一个英国小组，加上斯洛文尼亚科学家的第二个小组，报告说RM734在更高的温度下显示出传统的向列液晶相
在较低的温度下，另一个不寻常的阶段出现了
当克拉克的团队试图在显微镜下观察那个奇怪的阶段时，他们发现了一些新的东西
在弱电场的作用下，一种醒目的颜色向液晶盒的边缘发展
克拉克说:“这就像把一个灯泡接到电压上进行测试，但发现插座和连接线反而更明亮。”
惊人的结果 发生了什么事？ 研究人员进行了更多的测试，发现RM734的这一阶段对电场的响应是普通向列液晶的100到1000倍
这表明构成液晶的分子表现出很强的极性顺序
克拉克说:“当分子都指向左边时，他们都看到一个区域，上面写着‘向右走’，反应是戏剧性的。”
研究小组还发现，当液晶从较高温度冷却时，不同的区域似乎会自发形成
换句话说，在他们的样本中，分子似乎是排列整齐的
“这证实了这个相确实是一种铁电向列相流体，”克拉克说
这种排列也比团队预期的更加一致
液晶新阶段中看到的野生颜色的显微图像
信用:SMRC “熵在流体中占主导地位，”乔·麦克伦南说，他是这项研究的合著者，也是博尔德大学的物理学教授
“一切都在晃动，所以我们预计会有很多混乱
" 麦克伦南说，当研究人员检查单个结构域内的分子排列得有多好时，“我们被这个结果惊呆了。”
分子几乎都指向同一个方向
该团队的下一个目标是发现RM734如何实现这一罕见的壮举
犹他大学的格拉泽和SMRC研究员德米特里·贝德罗夫目前正在使用计算机模拟来解决这个问题
“这项工作表明，还有其他铁电流体藏在显眼的地方，”克拉克说
“令人兴奋的是，现在像人工智能这样的技术正在出现，这将使得对它们的有效搜索成为可能
"
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