Ein Forscherteam der National University of Science and Technology in Ulsan (UNIST) hat eine bedeutende Entdeckung im Bereich der Flüssigkristalle gemacht. Unter der Leitung von Professor Jonwoo Jeong und seinem Team aus der Physikabteilung haben sie kürzlich ein bisher unbekanntes Bewegungsprinzip auf mikroskopischer Ebene enthüllt. Diese Entdeckung verspricht vielfältige Anwendungen in verschiedenen Forschungsbereichen und könnte den Weg für die Entwicklung zukünftiger Miniaturroboter ebnen.
Optische Mikroskopiebilder zeigen Blasen mit nematischen Flüssigkristallkonfigurationen (NLC), beobachtet unter polarisiertem Licht. Die Blasen weisen spezifische Defekte auf, hyperbolisch-igel (HH) und Saturnring (SR). Eine Sequenz zeigt eine pulsierende HH-Blase unter Druckmodulation, mit stroboskopischen Beobachtungen, die Bewegung und Transformationen der Konfigurationen detailliert darstellen. Während ihrer Experimente beobachteten die Forscher ein bemerkenswertes Phänomen: Luftblasen im Flüssigkristall bewegten sich richtungsweisend, indem sie periodisch ihre Größe veränderten. Anders als Luftblasen in anderen Medien, die normalerweise symmetrisch wachsen oder schrumpfen, zeigten diese eine einseitige Bewegung. Durch das Einbringen von haardünnen Luftblasen in den Flüssigkristall und das Anpassen des Drucks konnten die Forscher diese überraschende Beobachtung nachweisen.
Der Schlüssel zu diesem Phänomen liegt in der Bildung von Phasendefekten in der Nähe der Luftblasen innerhalb der Flüssigkristallstruktur. Diese Defekte stören die Symmetrie der Blasen, was es ihnen ermöglicht, trotz ihrer symmetrischen Form eine gerichtete Kraft zu erfahren. Wenn die Luftblasen ihre Größe ändern, üben sie eine Kraft auf den umgebenden Flüssigkristall aus, wodurch sie in einer konsistenten Richtung angetrieben werden, entgegen den klassischen physikalischen Gesetzen.
Sung-Jo Kim, Erstautor der Studie, betonte die Bedeutung dieser Entdeckung: „Dieses revolutionäre Phänomen zeigt, dass symmetrische Objekte durch symmetrische Bewegungen gerichtete Bewegungen ausführen können, was eine völlig neue Entdeckung darstellt.“ Er erwähnte auch, dass dieses Prinzip Anwendungen in vielen anderen komplexen Fluiden außerhalb von Flüssigkristallen finden könnte.
Professor Jeong fügte hinzu: „Diese Entdeckung unterstreicht die Bedeutung der Symmetriebrechung bei der Erzeugung von Bewegung auf mikroskopischer Ebene und eröffnet neue Perspektiven für die Forschung an mikroskopischen Robotern.“
Artikelverfasser: Cédric DEPOND
Quelle: Nature Communications