La recherche collaborative entre les scientifiques du CWRU et de Tufts est de nature un peu plus fondamentale. Les cristaux liquides présentent un grand intérêt car ils peuvent se déplacer en réponse à un stimulus localisé, comme la chaleur ou la lumière ou la pression du toucher. L’équipe CWRU/Tufts a expérimenté les cristaux liquides dits nématiques : une phase où les molécules en forme de cigare sont disposées en parallèle, mais le matériau peut toujours s’écouler comme de l’eau. C’est un exemple de « fluide newtonien orientable », une classe qui comprend également certains polymères et le virus de la mosaïque du tabac.
Le point où l’eau dans un verre rencontre l’air est fondamentalement plat à moins qu’il n’y ait une perturbation externe. La plupart des surfaces à cristaux liquides fonctionnent de la même manière. Mais dans ces expériences, les scientifiques ont placé un substrat à motifs sur le côté opposé d’un film mince de cristaux liquides nématiques de quelques centaines de nanomètres d’épaisseur. Les défauts du substrat ont permis aux chercheurs de contrôler la façon dont les molécules s’alignaient dans tout le matériau, ce qui a entraîné une surface bosselée à l’interface eau/air, sans avoir besoin de stimulus externe. Et le changement était significatif : entre 30 et 70 % d’augmentation de la hauteur par rapport à la surface plane.
L’étape suivante consiste à mieux contrôler la forme de la surface en appliquant des champs électriques externes ou en faisant varier la température. L’équipe souhaite également étendre ses expériences aux cristaux liquides « smectiques », dans lesquels les molécules orientées forment également des couches. “Il s’agit d’une approche révolutionnaire et pourrait s’avérer être le point de départ de futures applications, dont beaucoup ne sont pas encore imaginables”, a déclaré le co-auteur Charles Rosenblatt, un autre physicien du CWRU.
Les auteurs suggèrent que ces types de cristaux liquides malléables pourraient aider à améliorer les micropuces ou permettre la construction d’outils microscopiques fluides, prenant différentes formes pour effectuer des réparations, puis revenant à leur forme d’origine. Il pourrait même y avoir des applications à long terme plus exotiques. “Pensez à Mystique de X-Men, vous savez, le changement de forme”, a déclaré le co-auteur Timothy Atherton, physicien à Tufts. “En faisant ce que nous avons fait, nous avons fait le premier pas vers la modification de la surface de quelque chose – peut-être pas de la peau, mais d’autres matériaux – sans les toucher ni les chauffer.”
DOI : PNAS, 2021. 10.1073/pnas.2107003118 (À propos des DOI).
DOI : Physical Review Letters, 2021. 10.1103/PhysRevLett.126.057803 (À propos des DOI).