Tinh thể lỏng chảy thành dòng

Các màn hình màu và các máy đọc điện tử có thể trở nên bóng mượt hơn và sắc nét hơn nhờ một phương pháp mới dịch chuyển “mực kĩ thuật số” trên màn hình. Các nhà nghiên cứu ở Mĩ vừa giới thiệu một dạng linh hoạt hơn của hiện tượng điện chuyển, một kĩ thuật sử dụng điện trường để điều khiển các hạt lơ lửng trong chất lỏng. Họ nói bước đột phá trên còn có thể phát triển cho một số ứng dụng như việc tái tạo các điều kiện bên trong cơ thể con người.

Sự điện chuyển truyền thống hoạt động bằng cách thiết lập một điện trường đều, sinh ra bởi một dòng điện không đổi, với một chất lỏng chứa các hạt tích điện khi đó bị cưỡng bức chuyển động. Kĩ thuật trên có nhiều ứng dụng rộng rãi như các màn hiển thị điện chuyển và phân tích gen, trong đó người ta sử dụng hiện tượng này để sắp xếp các chuỗi ADN theo kích thước.

Oleg Lavrentovich và các đồng nghiệp của ông tại trường Đại học Kent State, Ohio, vừa phát triển một biến thể của kĩ thuật không đòi hỏi các hạt linh động phải tích điện. Điều quan trọng là thay chất lỏng bằng một dạng lai của vật chất gọi là tinh thể lỏng, chúng biểu hiện các tính chất của chất lỏng lẫn các tính chất của tinh thể chất rắn.

Các tinh thể mất trật tự

Bằng cách đưa vào các hạt cầu gốc vàng và silic, với đường kính chỉ vài micron, đội của Lavrentovich đã tạo ra các biến dạng bên trong một tinh thể lỏng thông dụng gọi là E7. Tuy nhiên, những biến dạng này là bất đối xứng ở hai phía của các hạt và vì thế sự có mặt của một điện trường làm cho các ion tự do và chất lỏng chứa chúng chảy dọc theo đường nối liền hai biến dạng. Dòng chảy này có thể dùng để chuyển hướng các hạt đi vòng quanh bên trong tinh thể lỏng. “Những biến dạng nhỏ xíu này phụ thuộc vào sự định hướng của các phân tử bên trong tinh thể lỏng”, Lavrentovich giải thích.

Một đặc điểm linh hoạt khác của cơ chế truyền tải như thế này là nó có thể hoạt động với điện trường của dòng xoay chiều lẫn một chiều. Theo các nhà nghiên cứu, điện trường xoay chiều thì tốt hơn trong một hệ điện chuyển vì nó khắc phục được vấn đề gây ra bởi sự điện phân và sự vắng mặt của những dòng đều đặn. Họ nói việc có thể làm biến thiên điện trường và có sự chọn lựa các hạt rộng rãi hơn có thể đưa đến các hệ điện chuyển dễ điều khiển hơn.

Lavrentovich cho biết đội khoa học của ông sẵn lòng kêu gọi các nhà đầu tư muốn phát triển những ứng dụng khác nhau nảy sinh từ nghiên cứu này. Về mặt phát triển vật lí cơ sở, các nhà nghiên cứu sẽ thử tái tạo kĩ thuật điện chuyển mới của họ trong các tinh thể lỏng gốc nước, chúng có cấu trúc có thể sánh với những điều kiện nhất định bên trong cơ thể người. Trên lí thuyết thì việc tái tạo những môi trường này có thể giúp người ta hiểu rõ hơn các quá trình sinh học, đồng thời giúp phát triển các hệ thống phân phối thuốc và chẩn đoán bệnh.

Nghiên cứu này công bố trên tạp chí Nature.

Một quả cầu thủy tinh 10 micron dìm trong một tinh thể lỏng lyotropic chromonic (Ảnh: Israel Oleg Lavrentovich, Israel Lazo và Oleg Pishnyak)

Khi đặt một hạt trong một tinh thể lỏng, nó tạo ra các sai lệch tô pô (Ảnh: Oleg Lavrentovich, Israel Lazo và Oleg Pishnyak)

Những biến dạng này cho phép các hạt đẩy đi trong điện trường ngoài. (Ảnh: Oleg Lavrentovich, Israel Lazo và Oleg Pishnyak)

Các sai lệch là sự biến dạng của các định hướng phân tử bên trong tinh thể lỏng. (Ảnh: Oleg Lavrentovich, Israel Lazo và Oleg Pishnyak)

Nguồn: physicsworld.com