Il display è acceso (anche se in realtà è spento)

Per le strutture biologiche, la simmetria è una caratteristica fondamentale. Per i materiali sintetici, al contrario, è proprio dalla rottura delle simmetrie che possono emergere proprietà innovative. È il caso degli schermi lcd dove, forzando i cristalli liquidi a disporsi in maniera asimmetrica, si riesce a mantenere il display “acceso” anche senza alimentazione diretta. Con un notevole risparmio di energia. A scoprirlo sono stati Marco Buscaglia e Tommaso Bellini, dell’Università Statale di Milano, assieme a colleghi delle università di Tokyo e Kyoto, in Giappone. 

La tecnologia è sempre alla ricerca di innovazione. Spesso, le novità più interessanti emergono dall’uso combinato di materiali dalle differenti caratteristiche. È il caso dei display a cristalli liquidi, dove l’integrazione tra microstrutture solide e liquide può rivoluzionare il funzionamento dei dispositivi affrancandoli dalla spina della corrente. In che modo? I ricercatori lo spiegano nello studio pubblicato su Nature Materials, dove parlano di conflitti di simmetria, frustrazioni e difetti topologici. 

Per comprendere il significato di questi termini nel mondo delle nanotecnologie, i ricercatori richiamano un’analogia con l’architettura. Quando si edifica un muro, è naturale disporre i mattoni parallelamente gli uni agli altri. Ma se bisogna costruire un abside, si arriva a un punto in cui alla naturale disposizione parallela bisogna sostituire uno schema a raggiera. In termini tecnico-scientifici, il punto in cui si passa da una simmetria all’altra prende il nome di frustrazione, mentre quello in cui i mattoni si trovano nella forzata disposizione a raggiera si chiama difetto topologico. 

Ciò che vale in architettura vale nelle microstrutture molecolari. I cristalli liquidi, infatti, tendono naturalmente a disporsi secondo simmetrie parallele. Ma se vengono costretti all’interno di microcavità create da molecole solide, ecco che la loro simmetria viene rotta generando un difetto topologico. Scegliendo opportunamente la geometria delle microcavità, è possibile far stabilizzare i cristalli liquidi su posizioni (difetti topologici) dalle diverse proprietà ottiche, riconducibili allo stato di pixel spento o acceso. E dato che le posizioni vengono mantenute, si può prolungare lo spegnimento o l’accensione sin quando non si interviene sul difetto spostandolo da uno stato all’altro. 

In altre parole, è possibile costruire schermi che funzionano senza utilizzare energia, ma si accendono o spengono grazie all’azione di campi elettrici che modificano la disposizione (cioè la natura del difetto topologico) dei cristalli liquidi. “Le applicazioni della nuova tecnologia non riguardano gli schermi di computer o televisori”, ha detto a Wired.it Tommaso Bellini, “ma i lettori di immagini statiche, cioè i cosiddetti libri digitali. Visto che gli e-books non sono concepiti per vedere filmati, non importa la velocità di ridefinizione dell’immagine quando si passa da una pagina all’altra, ma la durata delle batterie”.

Al momento, grazie al finanziamento della Fondazione Cariplo, i ricercatori italiani sono al lavoro con i colleghi del Politecnico di Milano per realizzare i primi dispositivi sperimentali. “Ancora si tratta di un’indagine di laboratorio”, continua Bellini, “ma credo che tra uno o due anni la tecnologia sarà pronta. Oggi, la difficoltà è costruire microstrutture solide che abbiano le proprietà adatte a ospitare i cristalli liquidi nelle disposizioni desiderate”.

Riferimento: doi:10.1038/nmat2982

Via Wired.it