Загадки остаются

Что же это за чудо — жидкие кристаллы, каким образом им удается реагировать на столь разнообразные воздействия?

Этот вопрос волнует ученых. Но на него пока нет однозначного и четкого ответа. Несмотря на солидный возраст, наука, изучающая анизотропные жидкости, пребывает в младенчестве. Хотя к сегодняшнему дню выявлено множество фантастических свойств этих веществ, хотя уже обозначились разнообразнейшие области их применения, разработанной теории жидких кристаллов еще не существует. Все, чего достигла наука — а достигла она немалого, — сделано в значительной мере эмпирически.

Сейчас разработано несколько гипотез, объясняющих процессы, происходящие в жидких кристаллах. Сущность этих гипотез можно изложить (в самом приближенном виде) следующим образом.

В жидкокристаллическом состоянии могут находиться вещества, молекулы которых имеют форму палочек или вытянутых пластинок. Это жироподобные вещества, водные растворы мыл и даже скопления некоторых вирусов.

Внутреннее строение, структура кристаллических жидкостей разных типов различна. У одних палочки-молекулы смотрят лишь в одну, строго определенную сторону, но вращаться вокруг своей оси и перемещаться относительно друг друга могут сравнительно свободно. У других молекулы прочно закреплены концами, как ворсинки в ковре. Несколько ковров, сложенных один на другой, и есть подобие слоя жидкого кристалла такого типа. Двигаться молекулы могут лишь коллективно — как в том случае, когда из стопы вытаскивают один из ковров.

И наконец, третий тип. Это именно те вещества, о которых говорилось выше, — холестерические. Их молекулы, напоминающие продолговатые пластинки, расположены параллельно друг другу, словно листы в стопке бумаги. Перемещаться молекулы могут либо поступательно, просто скользя друг по другу, либо вращаясь — закручиваясь и образуя спиральную структуру.

Стопка молекул-пластинок, винтообразно закрученная, — это, предполагают ученые, и есть тот главный механизм, который изменяет цвет пленки. Дело в том, что витки молекулярной спирали способны разлагать, подобно призме, белый свет и отражать лишь строго определенные его составляющие, — скажем, красный, зеленый или синий. Но спираль очень неустойчива, подвижна: и едва заметные изменения температуры, электрического и магнитного полей, и ничтожные примеси посторонних веществ, и механические воздействия — все может либо сильнее закрутить молекулярные слои относительно друг друга, либо ослабить закрутку. А от этого мгновенно меняются отражательные способности витков и, следовательно, изменяется видимый нами цвет пленки.

В анизотропных жидкостях другого типа действует иная механика. Скажем, физические нагрузки, деформация жидкокристаллической пленки приводит к нарушению четкого молекулярного строя, а значит, и к изменению оптических свойств вещества (например, его прозрачности). К такому же конечному результату приводит и воздействие электрического, магнитного полей. Но глубинный процесс здесь иной: электромагнитные силы заставляют двигаться ионы примесей, всегда содержащиеся в жидкокристаллическом веществе. Это движение нарушает ориентацию молекул, они начинают «роиться», образуя множество мельчайших шаров, конусов, блоков неопределенной формы, на границе которых и происходит рассеяние света: препарат становится мутным.

Так ли это на самом деле или нет, верны ли эти гипотезы о структуре жидких кристаллов и процессах, происходящих в них, покажет будущее. Но и сейчас, пребывая в полумраке нового, неизученного и необжитого мира, ученые успели заметить, какие далекие перспективы открываются здесь.