Elektronik Spezielle Flüssigkristalle schalten schneller durch

Quelle: Helmholtz-Zentrum Berlin / Verantw. Redakteur: P. Königsreuther

Eine neu synthetisierte Flüssigkristall-Verbindung verspricht Vorteile für die Optoelektronik, denn sie könnte für besonders schnelle elektrische Schaltvorgänge sorgen. Das steckt dahinter.

Forschende am Helmholtz-Zentrum in Berlin haben erkannt, dass spezielle Flüssigkristalle für schnelle Schaltprozesse in der Elektronik sorgen können. Lesen Sie hier mehr darüber.
Forschende am Helmholtz-Zentrum in Berlin haben erkannt, dass spezielle Flüssigkristalle für schnelle Schaltprozesse in der Elektronik sorgen können. Lesen Sie hier mehr darüber.
(Bild: V. Brandner)

Flüssigkristalle sind, wie der Name schon sagt, flüssig und nicht fest. Aber einige ihrer physikalischen Eigenschaften sind dennoch richtungsabhängig, so wie bei einem soliden Kristall, sagen die Forscher vom Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) für Materialien und Energie. Das liegt daran, dass sich ihre Moleküle in bestimmten Mustern anordnen können. Flachbildschirme und digitale Displays gehören wohl zu den hinlänglich bekannten Anwendungen dieser Materialien, auf Pixeln aus Flüssigkristallen basieren, deren optische Eigenschaften durch elektrische Felder geschaltet werden können.

Ein einfaches Molekül verspricht neue Möglichkeiten

Einige Flüssigkristalle bilden außerdem sogenannte cholesterische Phasen, bei denen sich die Moleküle zu schraubenförmigen Strukturen anordnen, die durch eine Steigung gekennzeichnet sind und sich entweder nach rechts oder nach links drehen. Die Steigung der cholesterischen Spiralen bestimmt dabei, wie schnell sie auf ein auf sie wirkendes, elektrisches Feld reagieren, erklärt Dr. Alevtina Smekhova, Physikerin am HZB und Erstautorin der Studie, die jetzt in „Soft Matter“ veröffentlicht wurde.

Mit Experten von den Akademien der Wissenschaften in Prag, Moskau und Chernogolovka untersuchte die Wissenschaftlerin dabei eine in Prag entwickelte flüssigkristalline, cholesterische Verbindung namens EZL10/10. Diese cholesterischen Phasen würden normalerweise von Molekülen mit mehreren chiralen (keine Drehspiegelachse aufweisenden) Zentren gebildet. Doch in diesem Fall hat das Molekül nur ein chirales Zentrum, äußert sich Smekhova mit Blick auf die markanteste Besonderheit. Es handelt sich bei diesem um eine einfache Molekülkette mit einer Laktateinheit (ein Salz der Milchsäure).

Je kürzer die Ganghöhe, desto schneller die Reaktionszeit

An Bessy II hat das Team diese Verbindung anschließend mit weichem Röntgenlicht untersucht und dabei die Steigung und räumliche Anordnung der Spiralen bestimmt, wie es weiter heißt. Die Ganghöhe der Struktur beträgt demnach lediglich 104 Nanometer. Das ist halb so lang, wie bei bisher bekannten cholesterischen Phasen in Flüssigkristallen, betonen die Forschenden. Weitere Analysen haben offenbart, dass die cholesterischen Spiralen in diesem Material auch Domänen mit charakteristischen Längen bilden.

Diese sehr kurze Ganghöhe mache das Material also einzigartig. Für optoelektronische Bauelemente verspreche es sehr kurzen Schaltzeiten, ist Smekhova überzeugt. Darüber hinaus ist die EZ110/10-Verbindung thermisch und chemisch stabil. Sie kann auch leicht manipuliert werden, um etwa Strukturen mit maßgeschneiderten Ganghöhen zu erhalten, wodurch sich die Schaltzeit beeinflussen lässt.

(Originalveröffentlichung: „Ultra-short helix pitch and spiral ordering in cholesteric liquid crystal revealed by resonant soft X-ray scattering“, von Alevtina Smekhova, Vladimíra Novotná, Ladislav Fekete, Radu Abrudan, Mattis Fondell, Věra Hamplová and Boris I. Ostrovskii. [ DOI: 10.1039/D1SM01543E ])

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