Doorgaans is een vloeistof iets te beweeglijk om er een knoop in te kunnen leggen. Toch is dat Amerikaanse natuurkundigen gelukt.

Onder de juiste omstandigheden kunnen speciale vloeistoffen knopen vormen en die knopen kunnen vervolgens kristallen vormen. Zulke geknoopte kristallen zijn mogelijk een stap naar schermen die minder energie verbruiken.

Flatscreentelevisies

Het idee van geknoopte kristallen bestaat al meer dan een eeuw. Eerdere pogingen om ze te maken, liepen echter uit op problemen. Het bleek bijvoorbeeld moeilijk om de knopen stabiel te krijgen en om ervoor te zorgen dat de knopen de juiste structuur aannamen. Uiteindelijk hebben de natuurkundigen Jung-Shen Tai en Ivan Smalyukh van de Universiteit van Colorado te Boulder ontdekt hoe het moet.

Hoeveel knopen bestaan er? Een nieuwe computertruc helpt deze kwestie ontrafelen
LEES OOK
Hoeveel knopen bestaan er? Een nieuwe computertruc helpt deze kwestie ontrafelen

Ze begonnen met een vloeibaar kristal. Vloeibaar kristal kan stromen als een normale vloeistof. In vloeibaar kristal zijn de moleculen echter opgesteld in geordende structuren, in plaats van chaotisch door elkaar te zijn gemengd zoals in normale vloeistoffen. Vloeibare kristallen worden al in sommige flatscreentelevisies gebruikt.

In hun vloeibare kristallen mengden Tai en Smalyukh zogenaamde chirale moleculen. Dit zijn een speciaal soort asymmetrische moleculen die je kunt vergelijken met schroeven die maar op één manier draaien. Daarna gebruikten de onderzoekers elektrische velden om kleine draaikolkjes van deze moleculen te maken. De moleculen in het mengsel vielen vervolgens zelf in de knoop.

Energie-efficiëntie

De onderzoekers bestudeerden drie soorten knopen in detail, maar zagen er honderden meer. ‘Uiteindelijk zijn deze geknoopte kristallen te gebruiken om informatie mee op te slaan. Daarbij hebben verschillende knopen op verschillende locaties een specifieke betekenis ’, zegt Smalyukh. Die informatie kan vervolgens met een microscoop worden gelezen.

De geknoopte kristallen lijken op materialen die worden gebruikt voor schermen. Daarom kunnen ze ook worden gebruikt om energie-efficiëntere displays te maken.

Smalyukh: ‘Als je de knopen eenmaal vastmaakt, kun je ze moeilijk weer losmaken. In een enkele pixel van een display zou je zo’n knoop informatie kunnen laten weergeven. Je hebt dan geen elektrische spanning nodig om die informatie weergegeven te houden; alleen om deze te wijzigen of te wissen.’

Het onderzoek is gepubliceerd in Science.