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27 gennaio 2011

Università Politecnica delle Marche : La cibotatticità domina la fase nematica di cristalli liquidi di molecole curve: uno studio mediante diffrazione di raggi X a basso angolo

L’elusiva fase liquido-cristallina (LC) denominata nematico ferroelettrico promette un ordine polare a lungo raggio accoppiato alla fluidità e alla capacità di autorigenerazione. La ricerca di questa nuova fase è alimentata da prospettive sia fondamentali che tecnologiche nel campo dei dispositive elettroottici capaci di rispondere rapidamente a un campo elettrico. Nonostante anni di intense ricerca sperimentale, solo nel 2009 è stata riportata (dal nostro gruppo) la prima prova indiscutibile di una risposta ferroelettrica nella fase nematica di un cristallo liquido formato da molecole curve (a forma di banana), aprendo la strada alla realizzazione di fluidi ferroelettrici allineabili mediante la semplice azione di un campo elettrico.

Combinando la diffrazione di raggi X (RX) da radiazione di sincrotrone, misure di corrente di ripolarizzazione, caratterizzazione elettro-ottica e simulazione al computer, abbiamo dimostrato la presenza di una risposta ferroelettrica ed evidenziato che questa ha origine dall’allineamento cooperativo di gruppi “cibotattici” polari e biassiali di dimensione nanometrica esistenti nella fase nematica. In più, questi risultati hanno indicato una apparente correlazione tra la ferroelettricità e un’altra proprietà molto ricercata (e altrettanto sfuggente) dei cristalli liquidi, la biassialità nematica, presentata di recente come il Sacro Graal della scienza dei cristalli liquidi.

In questo lavoro, nuovi dati di diffrazione RX condotti al variare della temperatura sulla molecola “a banana” 2,5-bis(p-hydroxyphenyl)-1,3,4-oxadiazole (ODBP) consentono una interpretazione coerente della struttura supramolecolare in questa classe di cristalli liquidi. La chiara evidenza della cibotatticità nella fase ad alta temperature spiega il particolare spettro di diffrazione RX a basso angolo e mette in discussione l’interpretazione dei dati RX originariamente proposta in letteratura. Mostriamo che i dati sperimentali possono essere interpretati in modo soddisfacente mediante la cibotatticità obliqua, una disposizione stratificata con le molecole curve inclinate rispetto agli strati.

La nostra interpretazione è compatibile con la risposta ferroelettrica e coi dati NMR che mostrano la biassilità nella fase nematica delle molecole ODBP. Questi risultati rappresentano un importante passo verso la comprensione del meccanismo microscopico alla base della risposta ferroelettrica e della biassilità nematica nelle molecole liquido-cristalline curve di tipo “a banana”.

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