Наибольший интерес у команды ученых Южно-Уральского государственного университета вызывает применение жидких кристаллов в электронике. Для исследования материалов будущего и их свойств в 2016 году в ЮУрГУ, в рамках Проекта 5-100, создана Лаборатория молекулярной электроники, оснащенная мощным оборудованием, не имеющим аналогов в России. Куратором лаборатории мирового уровня стал один из признанных в мире ученых – специалист по жидким кристаллам, профессор Дармштадского технического университета (Германия) Вольфганг Хаазе, чей индекс Хирша равен 49, а научные работы имеют около 12000 цитирований. Руководитель лаборатории со стороны ЮУрГУ – последователь профессора Хаазе, доцент кафедры физической электроники Института естественных и точных наук Фёдор Валерьевич Подгорнов.

– Специализацией нашей лаборатории является изучение электрооптических свойств жидких кристаллов, в частности сегнетоэлектрических жидких кристаллов, мы работаем над созданием жидкокристаллических нанокомпозитных материалов и их применением в оптоэлектронике, исследуем электрокинетические эффекты в жидких кристаллах, явления самоорганизации микро-и наночастиц в ЖК, – рассказывает Фёдор Валерьевич. – Также в область наших научных интересов входят импедансная спектроскопия и электрическая характеризация органических материалов и устройств на их основе, идентификация релаксационных процессов, исследование эффектов, связанных с транспортом электрических зарядов в органических материалах.

В настоящее время ученые ЮУрГУ исследуют физические эффекты, влияющие на перенос зарядов в жидких кристаллах и жидкокристаллических нанокомпозитах. Особое внимание в Лаборатории молекулярной электроники уделяется изучению перспективного направления – применения жидкокристаллических материалов в фотовольтаических устройствах – сенсибилизированных красителями солнечных батареях – в качестве электролита, что позволит вскоре производить экологически чистые, гибкие батареи, которые можно монтировать куда угодно.

– Жидкие кристаллы представляют собой уникальные состояния материи, которые характеризуются как ориентационным (в некоторых случаях и пространственным) упорядочением молекул, как у твердых кристаллов, так и текучестью, как у жидкостей, – поясняет руководитель лаборатории. – Кроме того, жидкие кристаллы – это единственный класс жидкостей, обладающий свойством упругости.

Все эти свойства плюс высокая чувствительность жидких кристаллов к слабым внешним полям (электрическим, магнитным, тепловым и другим) делают их наиболее конкурентоспособным материалом для применения в различных областях: от электроники и медицины до военной техники и даже космологии. Ученые уверены, что развитие технологий Индустрии 4.0 неразрывно связано с использованием ЖК.

– Пока жидкокристаллические дисплеи имеют неоспоримые преимущества перед всеми остальными конкурирующими устройствами. Более того, уже найдены более совершенные технологии использования ЖК. Обнаружено, что жидкие кристаллы могут применяться для создания так называемых гибридных ЖК-дисплеев, которые способны работать одновременно в двух режимах – привычном нам активно-матричном и электрофоретическом (когда дисплей работает, как электронная книга, эргономичная и комфортная для зрения). Другое перспективное направление развития ЖК-дисплеев – это голографические дисплеи, которые могут найти самое широкое применение – от бытовых телевизоров до автомобилей и 3D визуализации томографических изображений, – говорит исследователь.

У ЖК есть еще одна важная область применения: в качестве пространственно-временного модулятора в поляризационных устройствах, позволяющих выявить на ранних стадиях развития глаукому или рак кожи, проконтролировать состояние сельскохозяйственных посевов или идентифицировать закамуфлированные объекты (например, в сфере обеспечения государственной безопасности). Особое внимание сегодня уделяется использованию жидких кристаллов в биологии.

– Клеточные мембраны состоят из лиотропных ЖК, а их ионные каналы, в свою очередь, содержат материалы, которые являются сегнетоэлектрическими жидкими кристаллами. Таким образом, понимание физических процессов формирования фаз ЖК, а также их взаимодействия с внешними полями позволяет контролировать организмы на клеточном уровне, – поясняет Фёдор Валерьевич.

Ученый подчеркивает также перспективность использования металлоорганических жидких кристаллов (металломезогенов) в качестве элементов квантового компьютера. Металлосодержащие органические материалы обладают самым большим временем декогеренции, что крайне необходимо для произведения квантовых вычислений.