Avances en técnicas de cristal líquido

Estamos a las puertas de una nueva generación de pantallas de cristal líquido de alta definición gracias a la investigación de un equipo de ingenieros de la Universidad Case Western Reserve en Cleveland, quienes han desarrollado un método de imagen óptica 3D anisotrópica en fluidos, tales como los cristales líquidos, alcanzando una resolución volumétrica mil veces más pequeñas que las técnicas existentes.

Las moléculas de estos fluidos, tales como los cristales líquidos, en los cuales los polímeros, geles, y las emulsiones, pueden ser orientados hacia medios magnéticos o campos eléctricos y, por tanto, puede controlar las propiedades de la polarización de la luz. Así es como las pantallas de cristal líquido funcionan en televisores, computadoras portátiles y otros dispositivos digitales. El diseño de estos dispositivos requiere de un conocimiento detallado de la orden molecular. Hasta ahora gran parte de la información disponible se basa en la inferencia de los experimentos macroscópicos.

Utilizando esta nueva técnica, que proporciona detalladas representaciones visuales de las estructuras a nivel de decenas de nanómetros, 1/1000th sobre el diámetro de un cabello humano, tiene la capacidad de crear una imagen mucho más detallada y matizada estructurada. Esto facilitará la mejora en los dispositivos existentes y nuevas posibles aplicaciones. Además, muchas cuestiones científicas fundamentales que se ocupan de las transiciones de fase o la naturaleza de los defectos topológicos podría ser estudiado con mucho más detalle que antes.

Este nuevo sistema se basa en técnicas existentes en materia de exploración en microscopía óptica (NSOM) para imágenes 2D. Tradicionalmente, NSOM implica una puesta muy pequeña de fibra óptica cerca de la superficie de la muestra, en este caso, el sustrato sobre el que reside el líquido anisotrópico. Dado que el sustrato se escanea hacia adelante y hacia atrás por debajo de la fibra de la apertura, un ordenador registra la intensidad de la luz que surge de la fibra e interactúa con la superficie, así como la posición de la fibra. El ordenador procesa la información y produce una imagen 2D óptica de la superficie con la resolución de varias decenas de nanómetros. Hasta la fecha, NSOM se ha utilizado principalmente como una técnica de caracterización de superficies.

El equipo de investigadores adaptó el NSOM mediante el uso de la tecnología de luz polarizada, sumergiendo la fibra en el líquido, recopilando imágenes en una serie de alturas por encima del sustrato. El resultado es la polarización de nanotomografía óptica (ONT), un sistema de cartografía 3D de líquido anisotrópico en la parte superior de un sustrato.

El equipo eligió un cristal líquido nemático, cuya orientación molecular es controlada por un nanoscopico patrón descrito en los polímeros recubiertos por sustrato. Este material fue seleccionado debido a que su estructura puede ser fácilmente calculada, dándole al equipo una idea de lo que debe esperar para ver a través de la ONT en los procesos de imágenes.

En su experimento con la ONT investigaron a través de la fibra óptica con un diámetro de 60 nanómetros (aproximadamente una décima parte del diámetro de la longitud de la onda de la luz) en el cristal líquido a una posición justo por encima del sustrato. Mediante la fibra de escaneado de dos dimensiones sobre la superficie, se obtuvo una imagen. A continuación, se retractó de la fibra de aproximadamente 25 nm y se obtuvo una segunda imagen. En principio, los datos de la primera imagen podría restarse a la segunda, el suministro de información sobre el perfil molecular de orientación a 25 nm se orienta por encima de la superficie. Este proceso se repitió a una distancia de 500 nm por encima del sustrato. El equipo de ingenieros demostró que las imágenes en cada altura son totalmente compatibles con las predicciones teóricas, y fueron capaces de hacer la primera visualización y medición directa de los 200 nanómetros de longitud sobre el que la orientación molecular homogeneiza.

Datos de investigación provenientes del Case Western Reserve University.