Mikrofluidični nadzor topoloških stanj v toku nematskih tekočih kristalov

Raziskovalci z Medicinske fakultete ter Fakultete za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani so prvi v svetu odkrili fazne prehode v neravnovesno kiralno topološko stanje v tekočih kristalih in to teoretično pojasnili.

Orientacijski red v tekočih kristalih ima ključen vpliv na izjemne optične lastnosti teh anizotropnih tekočin in je obenem odgovoren tudi za njihov neobičajen reološki odziv. Strukturno ureditev tekočih kristalnih molekul v mikrofluidičnih kanalčkih je s sodobno raziskovalno opremo mogoče precizno nadzorovati z obdelavo površin, spreminjanjem temperature in uravnavanjem pretoka z nastavljivo tlačno razliko.

Raziskovalna skupina z Univerze v Ljubljani (doc. dr. Simon Čopar (prvi avtor), docent za fiziko na Fakulteti za matematiko in fiziko, dr. Žiga Kos, podoktorski raziskovalec na Fakulteti za matematiko in fiziko in na MIT (ZDA), dr. Tadej Emeršič, nekdanji mladi raziskovalec na Medicinski fakulteti, trenutno podoktorski raziskovalec na University of Chicago (ZDA) in doc. dr. Uroš Tkalec (korespondenčni avtor), znanstveni sodelavec na Medicinski fakulteti), ki jo je vodil dr. Uroš Tkalec, je v reviji Nature Communications (dejavnik vpliva 12,12) poročala o eksperimentalni vzpostavitvi, dinamični stabilizaciji in teoretični analizi dotlej neopaženih, vendar topološko pomembnih kiralnih stanj, ki so jih pred tem proučevali le v ravnovesnih pogojih. Avtorji raziskave so pojasnili mehanizem zaporedja faznih prehodov med topološko različnimi stanji v tlačno gnanem tekočem kristalu s fenomenološkim modelom, ki temelji na anizotropiji elastičnih konstant in smiselno dopolni fazni diagram vseh mogočih hidrodinamskih stanj. Delo tako zaokrožuje desetletje dolgo obdobje raziskav na področju nematofluidike ter obeta aplikativno rabo teh konceptov v liotropnih in aktivnih tekočinah z nematskim redom.

Raziskava je naletela na velik odmev v strokovni javnosti, saj je doc. dr. Tkalec o tem predaval na univerzah University of Chicago, ESPCI Paris in Johns Hopkins University ter na konferenci Gordon Research Conference v ZDA. Na povabilo urednikov je bil članek poljudno predstavljen na spletnem portalu Nature Research Device and Materials Engineering Community in dodatno promoviran na Instagram profilu Nature Research. Poseben strokovni prispevek o teh dognanjih je v rubriki Microfluidic Reviews objavil tudi francoski proizvajalec raziskovalne opreme Elveflow. Dosežek je nenazadnje pripomogel k temu, da sta soavtorja članka lahko nadaljevala svoje podoktorske raziskave na prestižni univerzi MIT oziroma na ugledni Pritzker School of Molecular Engineering na University of Chicago.

Vir: ČOPAR, Simon, KOS, Žiga, EMERŠIČ, Tadej, TKALEC, Uroš. Microfluidic control over topological states in channel-confined nematic flows. Nature communications, ISSN 2041-1723, Jan. 2020, vol. 11, art. no. 59: https://www.nature.com/articles/s41467-019-13789-9.