Novita' per il risparmio energetico nei display a cristalli liquidi


Milano, 18 aprile 2011 -  Un articolo pubblicato su Nature Materials, risultato di una ricerca congiunta di Università Statale di Milano e Università giapponesi di Tokyo e di Kyoto dimostra come particolari “difetti” nella disposizione delle molecole dei materiali possono essere sfruttati tecnologicamente per produrre display a cristalli liquidi che rimangono scritti anche senza alimentazione. Già allo studio, in collaborazione con un gruppo del Politecnico di Milano, la realizzazione sperimentale di queste strutture.

Lo sviluppo tecnologico è sempre andato di pari passo con la capacità di integrare materiali di tipo e natura diversi. La ricerca recentemente pubblicata su Nature Materials ha studiato in particolare l’integrazione tra materiali solidi e liquidi per nuove soluzioni nei display a cristalli liquidi.
Il gruppo formato dai ricercatori dell’università Statale di Milano e delle Università giapponesi di Tokyo e di Kyoto ha dimostrato come i conflitti tra le simmetrie dei materiali che possono venirsi a creare nel caso dell’integrazione di microstrutture solide e cristalli liquidi, possa tradursi in un notevole vantaggio nella costruzione dei display.

Per comprendere cosa si intenda con conflitti tra le simmetrie si può utilizzare una analogia dall’architettura. In molti casi basta la costruzione di un abside con mattoni per portare ad un conflitto sull'ordine con cui i mattoni devono essere disposti: il modo naturale di disporre i mattoni è parallelamente gli uni agli altri; se tuttavia la struttura che si costruisce ha una simmetria diversa, come nel caso dell’abside, si crea un conflitto che porta all'esistenza di un punto in cui i mattoni, invece che parallelamente, sono disposti a raggiera. In ambito scientifico questo conflitto prende il nome di “frustrazione”, mentre il punto in cui i mattoni non sono disposti in modo naturale viene chiamato "difetto topologico".

Il difetto topologico riscontrabile nell’abside è analogo a quello che si verifica, nel mondo microscopico, quando i cristalli liquidi (molecole che tendono naturalmente a disporsi parallelamente) vengono chiusi nelle micro cavità di un materiale solido. Nella ricerca pubblicata su Nature Materials si dimostra che ci sono geometrie delle microcavità in cui i difetti topologici dei cristalli liquidi possono stabilizzarsi in alcune diverse posizioni La collocazione dei difetti di cristallo liquido corrisponde a diverse proprietà ottiche e può essere ricondotta allo stato di pixel acceso o spento. Una volta spostato in una certa posizione, il difetto vi rimane, determinando l’accensione o lo spegnimento del pixel. In sostanza agendo sul difetto, spostandolo da una posizione all’altra, è possibile controllare l’accensione/spegnimento. Controllando i difetti che nascono dalla frustrazione del cristallo liquido, si possono quindi progettare dispositivi che non richiedono energia per mantenere il pixel acceso (come accade ora nei normali display), ma semplicemente lo spostamento dei difetti tra le varie posizioni (da attuare mediante campi elettrici).

Quella che emerge dallo studio è una soluzione di indubbio interesse per i dispositivi di visualizzazione di pagine da leggere (libri, giornali, i cosiddetti "digital books" o “e-books”), dove non conta la velocità di ridefinizione della pagina, ma la durata delle batterie.
La ricerca è finanziata, da parte italiana, dalla Fondazione Cariplo. Il gruppo della Statale al momento sta già lavorando, in collaborazione con un gruppo del Politecnico di Milano, per la realizzazione sperimentale, tramite micro fabbricazione LASER, di queste strutture.


Nature Materials 10, 303–309 (2011)

Memory and topological frustration in nematic liquid crystals confined in porous materials
Takeaki Araki, Marco Buscaglia, Tommaso Bellini, Hajime Tanaka
doi:10.1038/nmat2982
http://www.nature.com/nmat/journal/v10/n4/full/nmat2982.html 


Affiliations:
Institute of Industrial Science, University of Tokyo, 4-6-1 Komaba, Meguro-ku, Tokyo 153-8505, Japan
Takeaki Araki &Hajime Tanaka
Department of Physics, Kyoto University, Kitashirakawa-Oiwakecho, Sakyo-ku, Kyoto 606-8502, Japan
Takeaki Araki
Dipartimento di Chimica, Biochimica e Biotecnologie per la Medicina, Università di Milano, Via F.lli Cervi 93, 20090 Segrate (MI), Italy
Marco Buscaglia &Tommaso Bellini


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Inserita il 19-04-2011