Resuelto un misterio centenario en torno al enigmático cristal líquido
Este nuevo compuesto abre la puerta a infinidad de avances tecnológicos, desde pantallas de móviles a memorias de ordenadores
A finales del siglo XIX solo se conocían tres estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso. Sin embargo, en 1888, cuando Friedrich Reinitzer estudiaba derivados del colesterol, halló algo imposible: un compuesto con dos puntos de fusión que parecía tener a la vez propiedades de cristal y de líquido . Con el tiempo, la ciencia averiguó que este tipo de material podría ser muy útil. Tanto que las primeras calculadoras basaban el funcionamiento de sus pantallas en él. La técnica se refinó aún más y es por eso que hoy tenemos teléfonos móviles de cristal líquido ( pantallas LCD ). De hecho, es visible este doble estado cuando, por ejemplo, la pantalla de nuestro smartphone se rompe y aparece una especie de líquido negro tras la pantalla. Ese es el efecto.
Detrás de él, los científicos llevan investigando este curioso estado durante siglos. Así descubrieron que existen diferentes tipos de fases según la forma que adopten sus moléculas (que van desde alargadas “púas” de erizo a formas complejas parecidas a una piña) y que les hace tener propiedades o más parecidas al cristal o, por el contrario, al líquido. Una de las más conocidas es la fase nemática , con forma de «hilo» en el que las moléculas se comportan algo así como imanes, ya que están cargados positiva y negativamente en sus puntas. Precisamente esta es la que se utiliza en las pantallas LCD.
Una nueva fase, pero solo teórica
Sin embargo, mucho antes de comunicarnos por teléfono móvil, en 1910, se propuso una nueva fase teórica: la nemática ferroeléctrica . Dos físicos, Peter Debye y Max Born , propusieron que debería ser posible diseñar un cristal líquido de tal manera que las moléculas caigan en un estado de orden polar: esto significa que debería haber parches claros donde los polos del todas las moléculas están orientadas en la misma dirección, y esta dirección pueda invertirse aplicando campos eléctricos externos. Es decir, cambiar la polaridad según se desee.
Tal propiedad está bien documentada en cristales sólidos y se parece al magnetismo clásico del hierro . Pero, aunque el mismo comportamiento ferroeléctrico se había planteado como hipótesis en el cristal líquido nemático, nunca se había podido demostrar en la práctica. Hasta ahora, que un equipo acaba de publicar sus hallazgos en la revista Procedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Pasos anteriores
En 2017, un equipo de físicos reveló que habían desarrollado una nueva molécula orgánica en forma de barra que podría ser útil para el cristal líquido: el compuesto RM734 . En estudios posteriores , el RM734 mostró algunos comportamientos inusuales: a temperaturas más altas se comportaba como una fase de cristal líquido nemático convencional; pero cuando se enfriaba, se observó que la orientación molecular se deformaba en una disposición de « separación ».
Aquí es donde entra en juego la nueva investigación: los físicos de la Universidad de Colorado Boulder, del Soft Materials Research Center (SMRC), estaban intrigados por este comportamiento extraño. Estuvieron jugando con RM734 bajo un microscopio de luz polarizada, y aplicaron un campo eléctrico débil para tratar de inducir la fase nemática de separación. Sin embargo, no consiguieron esa «separación», sino algo más insólito: parches de colores brillantes alrededor de los bordes de la celda que contiene el cristal líquido RM734.
Un cable que luce más que una bombilla
«Fue como conectar una bombilla de luz al voltaje para probarlo, pero descubriendo que el enchufe y los cables de conexión brillan mucho más intensamente», explica en un comunicado el físico Noel Clark, de UC Boulder. Pruebas posteriores revelaron que esta fase de RM734 era entre 100 y 1.000 veces más sensible a los campos eléctricos externos que otros cristales líquidos nemáticos, lo que sugiere que las moléculas demuestran orden polar.
Y, cuando se enfrió a temperaturas más altas, los parches ordenados aparecieron espontáneamente, con casi todas las moléculas en cada parche apuntando en la misma dirección. «Eso confirmó que esta fase era, de hecho, un fluido nemático ferroeléctrico», asegura Clark.
Todavía no están seguros de cómo o por qué RM734 muestra esta fase nemática ferroeléctrica , pero su existencia sugiere que pueden ser posibles más fluidos ferroeléctricos aún no descubiertos. Esto, a su vez, podría abrir puertas a una nueva física nemática y nueva tecnología, incluidos los materiales de pantallas móviles y los relacionados con la memoria de ordenadores.
El equipo ahora está investigando cómo RM734 puede demostrar la ferroelectricidad, con la esperanza de revelar más detalles sobre este descubrimiento y sus posibles aplicaciones. En palabras de Clark: «Hay 40.000 trabajos de investigación sobre nemática , y en casi cualquiera de ellos se ven nuevas posibilidades interesantes si la nemática hubiera sido ferroeléctrica».
