Slika: Conderdesign
Datum objave: 18.02.2022
Kategorija: ERC in MSCA, Naš prispevek k ciljem trajnostnega razvoja OZN
Cilji trajnostnega razvoja: 4 Kakovostno izobraževanje (kazalniki)
Ionsko nabiti topološki defekti v nematskih tekočinah
Zmožnost prostorskega nadzorovanja električnega naboja je pomembna na številnih področjih, od nabitih polimerov, bioloških in aktivnih snovi, pa do koloidnih materialov, kompleksnih tekočin in mikroelektronike. Za veliko teh materialov, imenujemo jih nematske tekočine, je značilno orientacijsko urejanje gradnikov npr. molekul ali podolgovatih/ploščatih delcev (zelene črtice na spodnji sliki), ki se preferenčno uredijo vzdolž neke smeri. Ob tem pa se lahko pojavijo tudi območja, imenujemo jih topološki defekti, ki so lahko črte, točke, zanke (velika zelena zanka na spodnji sliki), kjer se gradniki ne morejo urediti in ostanejo neurejeni.
Slika: Ionsko nabiti topološki defekti v nematskih tekočinah. Topološki defekt je prikazan z zeleno zanko, kratke zelene črtice kažejo orientacijsko urejanje nematskih gradnikov v okolici defekta, rdeči plusi in modri minusi pa kažejo električno nabite delce, ki interagirajo z nematsko defektno zanko. Avtor slike: Jeffrey C. Everts, Vir: Physical Review X (2021)
Dr. Jeffrey C. Everts, Marie Skłodowska-Curie štipendist na Fakulteti za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani in izr. prof. dr. Miha Ravnik z UL FMF in IJS sta z uporabo in izvedbo računalniško intenzivno podprtih izračunov pokazala, da lahko topološki defekti v nematskih elektrolitih delujejo kot območja za lokalno ločevanje električnega naboja. Pri tem se defekti napolnijo z električnimi naboji, tvorijo se električno nabita defektna jedra in v izbranih geometrijah tudi t.i. električni več-sloji, kar je posplošitev električnih dvojnih slojev v izotropnih elektrolitih. Posebej sta pokazala, da se ioni zelo učinkovito sklapljajo z defektnimi jedri preko ionske topnosti, z okoliškim orientacijskim ureditvenim poljem pa preko mehanizma fleksoelektričnosti. Študija je bila predstavljena v treh povezanih znanstvenih objavah (Physical Review X (2021), Physical Review Letters (2020) in Science Advances (2021)) pri čemer je v tretji objavi teorijska študija omogočila razlago eksperimentov, izvedenih na Univerzi v Colorado Boulder (ZDA). Raziskovalni dosežek prispeva k razumevanju elektrostatskih mehanizmov v topološki mehki snovi, je prvi korak k razumevanju podobnih pojavov v bioloških sistemih, bolj aplikativno pa lahko vodi do razvoja novih mehkih mikroelektronskih ali povezanih fotonskih elementov. Vsebina je bila prepoznana kot eden izmed najvidnejših raziskovalnih dosežkov na področju naravoslovja in tehnike »Odlični v znanosti 2021«, ki jih vsako leto izbira Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije.