Los investigadores han revelado información clave sobre cómo los cristales líquidos, materiales capaces de formar estructuras ordenadas complejas, cambian entre diferentes fases. Publicado en PNASel estudio proporciona una comprensión más clara de cómo estos materiales cambian su estructura a nivel microscópico. Esta investigación puede proporcionar un medio para proporcionar una visión más profunda de la transición entre diferentes estructuras en una amplia variedad de materiales.
Los cristales líquidos son materiales que exhiben propiedades tanto de líquidos como de sólidos. Fluyen como líquidos pero también pueden formar estructuras ordenadas como los sólidos. Los cristales líquidos se utilizan ampliamente en dispositivos como pantallas digitales, materiales sensibles a la luz y sensores. Sin embargo, a pesar de su uso generalizado, comprender cómo se reorganizan a nivel microscópico ha sido durante mucho tiempo un desafío científico y los mecanismos subyacentes siguen sin estar claros.
El profesor Jun-Chi Fukuda del Departamento de Física de la Universidad de Kyushu realizó un estudio en colaboración con el Dr. Kazuki Z. Takahashi del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada (AIST) y la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología (JST). Fases azules colestéricas, un tipo especial de cristal líquido caracterizado por su simetría cúbica única. Estas fases azules forman estructuras tridimensionales complejas con propiedades distintivas, lo que las convierte en un tema de interés tanto en la ciencia básica como en la ingeniería de materiales.
El equipo investigó la transición de una fase azul, BP II, a otra BP I. A medida que BP II se transforma en BP I, el cristal líquido forma límites gemelos: regiones donde dos partes del material se alinean de manera diferente. Estudios experimentales anteriores no lograron capturar el mecanismo detallado de la transformación de fase azul involucrada en la formación de la estructura gemela.
Para obtener una comprensión más profunda de este proceso, el equipo utilizó simulaciones por computadora realizadas por Fukuda y Takahashi en MALIO, una herramienta de aprendizaje automático que analiza las estructuras locales de las fases de cristal líquido de BP I y BP II y está diseñada para marcar la diferencia. La explotación de este último enfoque de aprendizaje automático permite distinguir entre las estructuras BP II y BP I y analizar su evolución en el tiempo. La estrategia desarrollada por el equipo permitió seguir la transformación en tiempo real, incluidos pasos de transición clave, como la formación de pequeños dominios de BP I, que crecen y eventualmente forman fronteras gemelas. Su enfoque proporciona información valiosa sobre la formación y el desarrollo de estructuras gemelas durante la transición.
“La dinámica de materiales blandos como los cristales líquidos es extremadamente compleja”, afirma Fukuda. “Este trabajo nos ha permitido comprender mejor cómo cambian estos materiales a nivel microscópico”.
El enfoque presentado en este estudio también puede revelar cómo las estructuras jerárquicas en materiales blandos, como polímeros y sistemas biológicos, experimentan transiciones de fase similares. “Nuestro método no se limita a los cristales líquidos”, explica Fukuda. “Esto se puede aplicar a otros materiales complejos, lo que puede ofrecer nuevos conocimientos sobre la formación y transformación de estructuras en sistemas”.
