Uma imagem óptica polarizada de vermiculita LC 2D mostrando cores de interferência. Crédito: ©Science China Press
Os pesquisadores descobriram a ferroeletricidade na vermiculita 2D, aumentando a responsividade do campo elétrico em cristais líquidos e abrindo caminho para exibições inovadoras em grande escala.
O dispositivo eletro-óptico de cristal líquido (LC) com amplas aplicações é uma pedra angular da sociedade da informação, que pode modular contínua e dinamicamente a intensidade da luz, a polarização e o retardo de fase. Um antigo insight teórico propõe que se espera que um material LC com uma anisotropia geométrica extremamente grande e um dipolo elétrico inerente melhore a responsividade do campo elétrico dos LCs.
No entanto, nem as moléculas orgânicas comerciais de LC nem os nanomateriais de LC de P&D atendem aos requisitos mencionados acima, embora tais LCs não tenham sido relatados até o momento. Por enquanto, há questões abertas para a comunidade LC sobre se tal LC existe e o limite superior de sua responsividade ao campo elétrico.
Descoberta de Ferroeletricidade em Vermiculita
Em resposta a essas questões, pela primeira vez, a equipe de pesquisa liderada pelo professor Bilu Liu, da Tsinghua Shenzhen International Graduate School, da Universidade de Tsinghua, revelou a ferroeletricidade em um mineral argiloso centenário, a vermiculita, em seu limite de monocamada. A vermiculita bidimensional (2D) possui uma anisotropia geométrica extremamente grande e a ferroeletricidade confere um dipolo elétrico inerente.
Ao dispersar vermiculita 2D em água deionizada, a equipe de pesquisa prepara uma dispersão LC com porções ferroelétricas 2D. Sua responsividade ao campo elétrico, ou seja, o coeficiente de Kerr, aumenta o valor recorde do coeficiente de Kerr em uma ordem de grandeza.
Considerando que a LC de vermiculita 2D representa uma nova classe de LC liotrópica inorgânica com materiais ferroelétricos 2D, os insights físicos fornecidos neste trabalho, como a relação entre a responsividade e a anisotropia geométrica dos materiais LC, têm universalidade para outros potenciais LCs semelhantes.
a) Imagem AFM de vermiculita 2D. b) Mapa de amplitude PFM da vermiculita 2D. c) Mapa de fases PFM da vermiculita 2D. d. Comparação da responsividade ao campo elétrico de vermiculita 2D LC e outros meios. Crédito: ©Science China Press
Avanços Tecnológicos e Aplicações Futuras
O avanço da responsividade do campo elétrico permite um campo elétrico operacional ultrabaixo e a fabricação de dispositivos LC eletro-ópticos com separação de eletrodo em nível de polegada, o que não era prático anteriormente. Um outdoor prototípico de grande escala e com baixo consumo de energia, com pixels em escala de polegadas, foi fabricado para cenas interativas ao ar livre, onde as letras e os dígitos podem ser mostrados nele, controlados pelo software do smartphone ou por gestos humanos.
“Cientificamente, oferecemos uma nova estratégia para projetar LCs inorgânicos avançados ou sistemas semelhantes a LC com responsividade sensível ao campo elétrico. A chave é preparar a dispersão de materiais ferroelétricos 2D a partir de camadas em massa.” O professor Bilu Liu disse: “De outra perspectiva, as evidências inspiradoras sobre ferroeletricidade 2D em minerais naturais em camadas trazem novas oportunidades para produção escalonável e aplicação prática de materiais ferroelétricos van der Waals”.
Referência: “Uma dispersão cristalina líquida inorgânica com porções ferroelétricas 2D” por Ziyang Huang, Zehao Zhang, Rongjie Zhang, Baofu Ding, Liu Yang, Keyou Wu, Youan Xu, Gaokuo Zhong, Chuanlai Ren, Jiarong Liu, Yugan Hao, Menghao Wu, Teng Ma e Bilu Liu, 21 de março de 2024, Revisão Nacional de Ciência.
DOI: 10.1093/nsr/nwae108
A pesquisa recebe financiamento da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, Departamento de Educação da Província de Guangdong, Conselho Municipal de Inovação em Ciência e Tecnologia de Shenzhen, Escola Internacional de Pós-Graduação Tsinghua Shenzhen.
