70 let KI znanost 7.6.2016 17:18

S tekočimi kristali in svetlobo v prihodnosti od električnih k svetlobnim vezjem

Ljubljana, 7. junija - Z raziskavami na področju tekočekristalnih koloidov bi lahko v prihodnosti elektronska vezja nadomestili s svetlobnimi vezji. S tem bi zmanjšali porabo električne energije, ki je po mnenju znanstvenika Igorja Muševiča ne bo dovolj, da bi zadostili vsem potrebam. Velik potencial pa prinašajo tudi na področju medicine, je povedal ob robu predavanja na Kemijskem inštitutu.

Ljubljana, Kemijski inštitut.
V okviru Tedna Kemijskega inštituta je potekalo predavanje znanstvenika Igorja Muševiča z Instituta Jožef Stefan z naslovom Liquid Crystal Colloids.
Foto: Nebojša Tejić/STA

Ljubljana, Kemijski inštitut.
V okviru Tedna Kemijskega inštituta je potekalo predavanje znanstvenika Igorja Muševiča z Instituta Jožef Stefan z naslovom Liquid Crystal Colloids.
Foto: Nebojša Tejić/STA

Ljubljana, Kemijski inštitut.
V okviru Tedna Kemijskega inštituta je potekalo predavanje znanstvenika Igorja Muševiča z Instituta Jožef Stefan z naslovom Liquid Crystal Colloids.
Foto: Nebojša Tejić/STA

Ljubljana, Kemijski inštitut.
V okviru Tedna Kemijskega inštituta je potekalo predavanje znanstvenika Igorja Muševiča z Instituta Jožef Stefan z naslovom Liquid Crystal Colloids.
Foto: Nebojša Tejić/STA

Ljubljana, Kemijski inštitut.
V okviru Tedna Kemijskega inštituta je potekalo predavanje znanstvenika Igorja Muševiča z Instituta Jožef Stefan z naslovom Liquid Crystal Colloids.
Foto: Nebojša Tejić/STA

Ljubljana, Kemijski inštitut.
V okviru Tedna Kemijskega inštituta je potekalo predavanje znanstvenika Igorja Muševiča z Instituta Jožef Stefan z naslovom Liquid Crystal Colloids.
Foto: Nebojša Tejić/STA

Ljubljana, Kemijski inštitut.
V okviru Tedna Kemijskega inštituta je potekalo predavanje znanstvenika Igorja Muševiča z Instituta Jožef Stefan z naslovom Liquid Crystal Colloids.
Foto: Nebojša Tejić/STA

Ljubljana, Kemijski inštitut.
V okviru Tedna Kemijskega inštituta je potekalo predavanje znanstvenika Igorja Muševiča z Instituta Jožef Stefan z naslovom Liquid Crystal Colloids.
Foto: Nebojša Tejić/STA

Ljubljana, Kemijski inštitut.
V okviru Tedna Kemijskega inštituta je potekalo predavanje znanstvenika Igorja Muševiča z Instituta Jožef Stefan z naslovom Liquid Crystal Colloids.
Foto: Nebojša Tejić/STA

Ljubljana, Kemijski inštitut.
V okviru Tedna Kemijskega inštituta je potekalo predavanje znanstvenika Igorja Muševiča z Instituta Jožef Stefan z naslovom Liquid Crystal Colloids.
Foto: Nebojša Tejić/STA

Ljubljana, Kemijski inštitut.
V okviru Tedna Kemijskega inštituta je potekalo predavanje znanstvenika Igorja Muševiča z Instituta Jožef Stefan z naslovom Liquid Crystal Colloids.
Foto: Nebojša Tejić/STA

Ljubljana, Kemijski inštitut.
V okviru Tedna Kemijskega inštituta je potekalo predavanje znanstvenika Igorja Muševiča z Instituta Jožef Stefan z naslovom Liquid Crystal Colloids.
Foto: Nebojša Tejić/STA

Ljubljana, Kemijski inštitut.
V okviru Tedna Kemijskega inštituta je potekalo predavanje znanstvenika Igorja Muševiča z Instituta Jožef Stefan z naslovom Liquid Crystal Colloids.
Foto: Nebojša Tejić/STA

Ljubljana, Kemijski inštitut.
V okviru Tedna Kemijskega inštituta je potekalo predavanje znanstvenika Igorja Muševiča z Instituta Jožef Stefan z naslovom Liquid Crystal Colloids.
Foto: Nebojša Tejić/STA

Ljubljana, Kemijski inštitut.
V okviru Tedna Kemijskega inštituta je potekalo predavanje znanstvenika Igorja Muševiča z Instituta Jožef Stefan z naslovom Liquid Crystal Colloids.
Foto: Nebojša Tejić/STA

Ljubljana, Kemijski inštitut.
V okviru Tedna Kemijskega inštituta je potekalo predavanje znanstvenika Igorja Muševiča z Instituta Jožef Stefan z naslovom Liquid Crystal Colloids.
Foto: Nebojša Tejić/STA

Ljubljana, Kemijski inštitut.
V okviru Tedna Kemijskega inštituta je potekalo predavanje znanstvenika Igorja Muševiča z Instituta Jožef Stefan z naslovom Liquid Crystal Colloids.
Foto: Nebojša Tejić/STA

Ljubljana, Kemijski inštitut.
V okviru Tedna Kemijskega inštituta je potekalo predavanje znanstvenika Igorja Muševiča z Instituta Jožef Stefan z naslovom Liquid Crystal Colloids.
Foto: Nebojša Tejić/STA

Ljubljana, Kemijski inštitut.
V okviru Tedna Kemijskega inštituta je potekalo predavanje znanstvenika Igorja Muševiča z Instituta Jožef Stefan z naslovom Liquid Crystal Colloids.
Foto: Nebojša Tejić/STA

"Naš namen je uporabiti te strukture v vezjih, ki so podobna elektronskim vezjem. Pri tem imamo namesto žic in elektronov, ki potujejo po žicah, kristale in svetlobo, ki potuje po tekočih kristalih. Gre za nov koncept, ki se uveljavlja ne le v znanosti temveč tudi tehnologiji," je za STA pojasnil Muševič.

Po njegovem mnenju namreč v naslednjih tridesetih letih ne bo dovolj elektrike, da bi poganjala vsa elektronska vezja, ki se v pripravljajo za pogajanje interneta ali za internet stvari. "Potrebovali bi milijarde senzorjev, ki bi komunicirali drug z drugim, vsak pa bi porabljal elektriko. Ko izračunate, ugotovite, da bo na ta način leta 2050 poraba enaka celotni svetovni porabi danes. Znanstveniki so nato opozarjali že nekaj desetletij, politiki pa so to ugotovili letos," je bil kritičen Muševič.

Nematski tekočekristalni koloidi oziroma nematski koloidi so disperzije mikrodelcev v tekočem kristalu, ki kažejo nenavadne lastnosti samourejanja v pravilnih geometrijskih vzorcih. Gre za relativno novo vrsto snovi, ki je poznana šele v zadnjem desetletju, je pojasnil Muševič.

Nematski koloidi so delno sorodni običajnim koloidom, ki so razpršeni v navadni vodi. Primer slednjih je denimo vodna barva za pleskanje sten, veliko pa jih je tudi v farmacevtski industriji. Nematski koloidi se od običajnih razlikujejo v tem, da se v tekočem kristalu, okoli razpršenih koloidnih delcev pojavijo topološki defekti.

Ti defekti so ključnega pomena za vse pojave, ki jih znanstveniki opazujejo v eksperimentih, je pojasnil Muševič. Med koloidnimi delci v tekočem kristalu namreč zaradi topoloških defektov delujejo sile, katerih narava je povsem drugačna od narave sil med delci v običajnih vodnih koloidih. Delci se na točno določene načine, odvisno od strukture snovi, privlačijo med seboj ter povezujejo v pravilne vzorce.

Sile omogočajo sestavljanje koloidnih struktur v 2D in 3D koloidne kristale ter spletanje topoloških defektnih zank v zavozlano in spleteno tekočino poljubne topološke kompleksnosti. Zaradi pravilne strukture pa imajo tudi posebne optične lastnosti. "Pravimo, da so fotonski kristal, ker odbijajo točno določeno barvo svetlobe," je pojasnil Muševič.

Tekoči kristali tako prinašajo tudi velik potencial v fotoniki. Kot je povedal Muševič, je mogoče izdelati osnovne optične elemente, ki so biokompatibilni s človeškim telesom. "To pomeni, da jih lahko uporabljate kot senzorje, ki sporočajo, v kakšen stanju je vaše telo. To pa prinaša velik potencial predvsem za diagnostiko," je dejal.

Kot je pojasnil Muševič, ima svetloba, ki kroži po kroglici tekočine in oddaja svetlobo, zelo ostro določeno barvo. "Če se ta deformira, se spremenita dolžina poti svetlobe in valovna dolžina, pri kateri seva. Takšna mikrokapljica je tako lahko senzor za sile, ki so v okolici ali pa za kemijske lastnosti v okolici. Z odčitavanjem valovne dolžine je možno sklepati o tem, kaj se dogaja v tkivu v celici," je pojasnil.

Igor Muševič trenutno vodi odsek za fiziko trdnih snovi na Institutu Jožef Stefan. Zaposlen pa je tudi kot predavatelj na Fakulteti za matematiko in fiziko. Njegove znanstvene objave so izšle v številnih uglednih revijah. Med drugim tudi v reviji Science ter v revijah iz skupine Nature. Leta 2009 je prejel Zoisovo nagrado za fiziko, leto pred tem pa mednarodno nagrado Samsung Mid-Career Award.

Predavanje o tekočekristalnih koloidih je potekalo v okviru Tedna Kemijskega inštituta, s katerim inštitut obeležuje 70. obletnico delovanja.