Sensazione scientifica: ricercatori ungheresi scoprono un nuovo stato della materia

I ricercatori del Centro di ricerca HUN-REN Wigner per la fisica hanno scoperto un nuovo stato della materia, in cui le goccioline liquide si comportano come particelle che si muovono attivamente e interagiscono sotto l’influenza di un campo elettrico. Le loro scoperte potrebbero aprire nuove strade nella tecnologia di precisione.

I ricercatori Péter Salamon e Marcell Tibor Máthé del Centro di ricerca di fisica HUN-REN Wigner hanno studiato un tipo speciale di liquido scoperto di recente noto come cristalli liquidi nematici ferroelettrici. Hanno osservato che la superficie delle goccioline liquide nematiche ferroelettriche diventa instabile in un campo elettrico, formando estensioni liquide simili a frattali.

Che cosa è un liquido nematico ferroelettrico?

I materiali ferroelettrici sono composti da molecole allungate, asimmetriche e fortemente polari, ovvero le loro estremità portano cariche elettriche opposte n polarizzazioni one positive e una negativa L’unicità e la rarità della fase nematica ferroelettrica risiedono nel fatto che la sua disposizione molecolare non annulla le singole distribuzioni di carica Invece le distribuzioni molecolari si sommano, determinando una polarizzazione elettrica spontanea del materiale Sebbene l’analogia non sia perfetta, i liquidi nematici ferroelettrici possono essere pensati come le controparti elettriche dei fluidi magnetici (ferrofluidi) Sebbene la loro esistenza sia stata prevista oltre un secolo fa, è stato solo nel 2017 che gli scienziati hanno sintetizzato con successo un tale materiale per la prima volta.

Durante la ricerca, gli scienziati hanno osservato che quando una tensione più alta veniva applicata alle goccioline liquide, il loro comportamento diventava ancora più estremo: perdevano la forma delle goccioline e formavano strutture complesse, simili a labirinti, i ricercatori hanno anche scoperto che quando una tensione alternata veniva applicata all’interno di un intervallo di frequenza specifico, le goccioline cominciavano a muoversi cambiando forma Durante il movimento, le goccioline si respingevano a vicenda e si scontravano come particelle, somigliando a oggetti attivi come insetti sciamanti, microbi o microrobot I ricercatori erano anche in grado di controllare il movimento delle goccioline usando la tensione, suggerendo potenziali applicazioni in nuovi tipi di dispositivi microfluidici Questa scoperta potrebbe avere vantaggi pratici in campi come la diagnostica medica, l’analisi chimica e la biotecnologia.

I ricercatori hanno anche osservato che questo movimento era accompagnato dall’emissione sonora Il fenomeno sorprendente è stato spiegato attraverso l’analisi spettrale del suono, che ha indicato che le goccioline subiscono vibrazioni meccaniche quando esposte a tensione alternata Le frequenze caratteristiche di queste vibrazioni corrispondevano alla frequenza del segnale di pilotaggio e alla sua seconda armonica I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati sulla prestigiosa rivista Nature Communications.

Goccioline nematiche ferroelecriche di Wigner

I ricercatori hanno anche studiato i cristalli liquidi nematici ferroelettrici in collaborazione con il professor Antal Jákli della Kent State University (USA) Attraverso questa partnership, sono stati i primi al mondo a dimostrare il fenomeno della piezoelettricità inversa nei liquidi tridimensionali L’essenza di questo effetto è che quando la tensione viene applicata a un liquido nematico ferroelettrico, il materiale presenta uno spostamento meccanico proporzionale alla tensione applicata Il fenomeno funziona anche al contrario: la deformazione meccanica genera cariche elettriche sulla superficie del materiale Nell’intervallo di frequenza dei kHz, la costante di accoppiamento piezoelettrico del materiale studiato supera 1 nC/N, il che significa che una forza di un newton genera almeno una nanocoulomb di carica Questo valore è paragonabile a quello dei materiali solidi piezoelettrici più forti, evidenziando le eccezionali proprietà piezoelettriche del liquido studiato, pur non essendo allo stato solido, il comunicato stampa detto.

Comprendere la risposta elettromeccanica dei cristalli liquidi nematici ferroelettrici consente la raccolta di energia meccanica e apre la strada allo sviluppo di attuatori liquidi, microposizionatori e lenti ottiche regolabili elettricamente I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati sulla prestigiosa rivista Advanced Functional Materials.

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