2018年5月23日
液晶中有一种独特的相变形式。在特定的温度下，它们雪茄形状的分子从无序的混乱变成高度有序的排列，其中所有的分子几乎都指向同一个方向。
半有序到有序:随着温度的变化，液晶中的分子从无序的混乱走向更有序的排列。但有证据表明存在中间状态(左)，在达到完全有序状态(右)之前，有序开始在离散的斑块中出现。布朗大学化学家的新研究有助于识别和理解这种中间状态。(图片来源:Stratt实验室/布朗大学)
在液晶电视中，这种相位变化被用来在运动图像中投射出独特的颜色。然而，多年来的实验表明存在另一种液晶态，这是一种介于无序态和有序态之间的中间态，当系统达到其过渡温度时，有序开始以离散的斑块形式出现。目前，来自布朗大学展示了一个理论模型来检测中间态，并更好地了解它的工作方式。
人们很好地理解有序和无序的行为，但这种转变即将发生的状态却没有被很好地理解。我们提出的是一种衡量一个系统是否处于这种状态的标准。它让我们知道从分子的角度看状态是否存在．
理查德·斯特拉特，布朗大学化学教授和合著者
这项研究发表在化学物理杂志，可以提供有价值的见解液晶和分子运动在自然界的其他地方-例如，现象，如蛋白质缠结的阿兹海默症。这项研究是由Yan Zhao领导的，他是斯特拉特实验室的博士生，今年春天即将从布朗大学毕业。
为了进行这项研究，科学家们采用了计算机模拟的相变化的简化液晶系统有几百个分子。利用随机矩阵理论对仿真结果进行分析，随机矩阵理论是描述混沌或复杂系统的常用统计模型。研究人员证明，尽管该理论证明在描述有序和无序状态时都是有利的，但它不能描述过渡状态。这种与理论的差异可以作为一种探针，用来识别材料中开始出现顺序的区域。
”一旦你意识到你的理论不成立，你就可以深入研究，问问哪里出了问题”,表示Stratt。”这让我们对这些分子的活动有了更好的了解”。
根据随机矩阵理论，预测不相关变量的和——这里是分子指向的方向——应该在图上形成钟形曲线分布。斯特拉特和赵证明，在液晶分子处于无序和有序状态的情况下，这是成立的。在无序状态下，分子的完全随机方向形成钟形曲线分布。在有序状态下，虽然分子沿着一个共同的轴排列，但每个分子都稍微偏离这个轴。一些指向轴的左边一些指向轴的右边。可以将这种随机偏差(类似于无序状态下的随机分子位置)拟合成钟形曲线。
然而，钟形曲线的分布在相变发生之前，随着系统温度下降到其过渡温度。这表明系统中离散斑块中的分子相互关联。
现在有几组分子开始相互合作，这就导致了钟形曲线的偏差。就好像这些分子期待着这个完全有序的状态会发生，但它们还没有决定要朝哪个方向。这有点像政治，每个人都同意有些事情需要改变，但他们还没有想出具体要做什么．
理查德•Stratt C能拿到uthor & Professor Chemistry布朗
斯特拉特表示，这项研究可以为调节分子运动有效性的现象提供更好的见解。分子在有序和无序液晶中都能相对自由地运动。然而，在中间状态下，这种运动就会受到限制。然后，这个状态描述了一个条件，在分子进展开始变得逐渐。
在自然科学中，分子运动缓慢，存在很多问题欧洲杯线上买球．例如，当液体冷却时，熔融玻璃中的分子逐渐变慢。与阿尔茨海默病有关的蛋白质缠结是另一个例子，分子排列导致运动缓慢。但当这些分子减速时，是什么规则支配着它们呢?我们还没有完全理解它．
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斯特拉特认为，对液晶中缓慢分子运动的深入了解，可以为感知自然界其他地方的缓慢运动提供蓝图。
国家自然科学基金(CHE-欧洲杯线上买球1565540)资助。