Revolutionäres „Kristall-im-Kristall“-Design verspricht ultra-energieeffiziente Displays

Neuartige Flüssigkristall-Struktur

• Forscher entwickelten Methode zur Formgebung eines flüssigen „Kristalls im Kristall“.
• Daraus könnten Displays und Sensoren der nächsten Generation entstehen – mit drastisch geringerem Energieverbrauch.

Hintergrund: Flüssigkristalle

Flüssigkristalle sind die Mesophase zwischen Flüssigkeit und festem Kristall. Sie fließen wie Flüssigkeiten, besitzen aber molekulare Ordnung wie Kristalle.

Wegen dieses Verhaltens genutzt in elektronischen Displays und optischen Modulatoren. LCDs: Monitore, Instrumententafeln, TVs, Digitalkameras, u.v.m.

University of Chicago: Neue Methode zum „Skulpieren“ eines flüssigen Kristalls in einem anderen – Basis für nächste Display-/Sensor-Generation.

Blue Phase Crystals (BPC)

Molekulare Orientierung ist der Grund für Display-Nutzung. Moleküle lassen sich in hochregelmäßige Muster bringen, die sichtbares Licht reflektieren – Blue Phase Crystals.

BPCs reflektieren/transmittieren sichtbares Licht durch hochregelmäßige Strukturen. Schnellere Reaktionszeit, bessere Optik als konventionelle Flüssigkristalle.

Da lichtreflektierende Strukturen in BPCs durch große Abstände getrennt sind (bis 300 Moleküldurchmesser statt weniger Atome), sind ihre Grenzflächen leicht bearbeitbar. Diese Interfaces steuern chemische Reaktionen, mechanische Transformationen, Transport von Schall, Licht, Energie.

→ Ideale Kandidaten für optische Technologien.

Einen Kristall mit einem anderen formen

Team entwickelte lithografie-basierte Technologie zur BPC-Interface-Engineering. Chemisch strukturierte Oberflächen für Ablage und Manipulation der molekularen Orientierung.

Der Flüssigkristall verstärkt die Orientierung selbst → ein spezifischer blauer Kristall wird innerhalb eines anderen Blue-Phase-Kristalls geformt. Ermöglicht maßgeschneiderte Kristallformen in Flüssigkristallen – bisher nie erreicht.

Sowohl Strom als auch Temperatur können den neu geformten Kristall manipulieren (Farben ändern). D.h. Strom oder Temperatur wandeln eine Blaue Phase in eine andere um.

Bedeutung

Material reagiert auf externe Reize (Spannung, Temperatur, Chemikalien) und reflektiert Licht bei bestimmten Wellenlängen. Optische Eigenschaften präzise steuerbar.

Da steuerbar via Spannung/Temperatur/Chemikalien: geeignet für bessere Displays und Sensorik.

Kleine Spannungs-/Temperaturschwankungen genügen für Farbwechsel → Geräte damit verbrauchen deutlich weniger Energie als heutige Displays.

Studie ermöglicht Nanoskalen-Manipulation von Kristallen für perfekt uniforme Strukturen. Weitere Experimente mit anderen optischen Geräten/Materialien geplant – komplexere Systeme folgen.

Quellen: Science Advances | DOI:10.1126/sciadv.aax9112 | University of Chicago