“鐵電向列型” 液相

最初在20世紀10年代提出的一種液相終於實現了。科學家們利用一種液晶化合物，發現了一種新的“鐵電向列型” 液相，它可以開啟一類全新的材料和技術進步。

物質的“相”是指一種物質是均勻組成，擁有均勻的物理與化學性質。液晶有很多相，但其中最常見的是線粒相，這是實現液晶顯示技術的相。線上粒相中，這些分子被分割成一半指向一個方向，另一半指向另一個方向，或多或少地隨機排列。液晶化合物是由棒狀的有機分子組成的，其兩端帶正電和負電，有點像真正的小棒磁鐵。

在20世紀10年代，兩位物理學家，荷蘭物理學家彼得·德貝和德國物理學家馬克斯·博恩提出了分子排列的不同方案。

根據他們分別發表於1912年和1916年的兩篇論文，科學家應該可以設計出一種液晶，使分子落入一種極性秩序的狀態。這意味著應該有清晰的斑點，分子的極點都朝向同一個方向，而這個方向可以透過施加外部電場來翻轉。

這樣的特性在固體晶體中已經得到了很好的驗證，它被稱為鐵電性，因為它與鐵磁性相似而得名。但是，雖然線上粒體液晶中也曾假設過同樣的鐵電行為，但它仍然難以獲得。

2017年，一個物理學家團隊宣佈他們已經開發出一種新的棒狀有機分子，可以用於液晶化合物RM734。在隨後的研究中，RM734表現出一些不同尋常的行為。

雖然RM734在較高溫度下表現得像傳統的線粒體液晶相，但當溫度較低時，它的行為更不尋常，其分子取向以“散佈” 排列方式而變形。

RM734相轉變時形成極化相反的域

美國科羅拉多大學博爾德分校的物理學家被這種奇怪的行為所吸引，他們在偏振光顯微鏡下觀測RM734，並施加了一個微弱的電場，試圖誘匯出遊離的線粒相。

這種播散排列並沒有出現，但其他東西卻出現了：含有RM734液晶的細胞邊緣出現了斑點狀的亮色。

加州大學博爾德分校的物理學家諾爾·克拉克說：“這就像把燈泡連線到電壓上測試，但發現插座和連線線反而發亮了許多。”

進一步的測試顯示，RM734的這種相位對外部電場的反應比其他線粒體液晶高100到1000倍，這說明分子表現出極性秩序。

RM734中的極化反轉情況

而且，當從較高溫度冷卻後，樣品中自發地出現了有序的斑塊，每個斑塊中幾乎所有的分子都指向同一個方向。

克拉克說：“這證實了這個相位確實是鐵電向列流體。”

目前，研究人員仍然不確定RM734什麼顯示這種鐵電線粒相，但它的存在表明，更多的鐵電流體是可能存在的。研究人員表示，這反過來又可以為新的線粒物理學和新技術開啟大門，包括顯示技術和計算機儲存器。

該團隊現在正在研究RM734如何展示鐵電性，希望能揭示這一發現的進一步細節。

該研究已經發表在《美國國家科學院院刊》上。