Les chercheurs découvrent un nouveau moyen de calculer avec des cristaux liquides

Les chercheurs de l’École d’ingénierie moléculaire Pritzker de l’Université de Chicago ont démontré comment concevoir les éléments de base nécessaires aux opérations logiques avec un matériau appelé cristal liquide. Ce nouveau développement est le premier de son genre et pourrait conduire à une nouvelle façon de réaliser des calculs.

La recherche a été publiée dans Science Advances.

Bien que la nouvelle technique ne conduise pas immédiatement à des transistors ou à des ordinateurs, elle pourrait aller loin dans la création de dispositifs avec de nouvelles fonctions dans l’informatique, la détection et la robotique.

Juan de Pablo est professeur de la chaire Liew en ingénierie moléculaire et scientifique principal au laboratoire national d’Argonne. Il est également auteur principal de la recherche.

“Nous avons montré que l’on peut créer les blocs de construction élémentaires d’un circuit – les portes, les amplificateurs et les conducteurs – ce qui signifie que l’on devrait être en mesure de les assembler en configurations capables de réaliser des opérations plus complexes”, a déclaré Juan de Pablo. “C’est un pas vraiment excitant pour le domaine des matériaux actifs.”

Les cristaux liquides

La recherche s’est concentrée sur un type de matériau appelé cristal liquide. L’une des propriétés uniques d’un cristal liquide est que ses molécules sont généralement allongées et adoptent une structure ordonnée lorsqu’elles sont empilées. Cependant, cette structure peut se déplacer comme un liquide, et les scientifiques peuvent utiliser des propriétés uniques comme celle-ci pour construire de nouvelles technologies.

La différence d’ordre moléculaire signifie qu’il y a des endroits dans tous les cristaux liquides où les régions ordonnées peuvent entrer en contact les unes avec les autres. Puisque leurs orientations ne correspondent pas parfaitement, les scientifiques les appellent “défauts topologiques”, et ces endroits se déplacent lorsque le cristal liquide se déplace également.

L’équipe de scientifiques explore la possibilité d’utiliser ces défauts pour transporter de l’information. Cependant, la création de technologies à partir de ceux-ci nécessiterait la capacité de les déplacer où l’on le souhaite, et il a été extrêmement difficile de contrôler leur comportement jusqu’à présent.

“Normalement, si l’on regarde au microscope une expérience avec un cristal liquide actif, on verrait un chaos complet – des défauts se déplaçant partout”, a déclaré Juan.

La percée

La percée est survenue l’année dernière avec un projet dans le laboratoire de Pablo dirigé par Rui Zhang, qui était un chercheur postdoctoral à l’École d’ingénierie moléculaire Pritzker. Il a travaillé aux côtés du laboratoire du professeur Margaret Gardel de l’UChicago et du laboratoire du professeur Zev Bryant de Stanford.

L’équipe a découvert un ensemble de techniques qui pourraient être utilisées pour contrôler les défauts topologiques. S’ils contrôlaient où ils mettaient de l’énergie dans le cristal liquide, ce qui a été fait en éclairant des zones spécifiques, les défauts pourraient être guidés dans des directions spécifiques.

“Ceux-ci ont de nombreuses caractéristiques des électrons dans un circuit – nous pouvons les déplacer sur de longues distances, les amplifier et ouvrir ou fermer leur transport comme dans une porte de transistor, ce qui signifie que nous pourrions les utiliser pour des opérations relativement sophistiquées”, a déclaré Zhang.

Bien que les calculs suggèrent que les systèmes pourraient être utilisés pour des calculs, ils seraient probablement plus utiles dans le domaine de la robotique molle. L’équipe pense qu’ils pourraient créer des robots molles qui effectuent une partie de leur propre “pensée” avec l’aide de cristaux liquides actifs.

Ils espèrent également que les défauts topologiques pourraient être utilisés pour transporter de petites quantités de liquide ou d’autres matériaux à l’intérieur de dispositifs minuscules.

“Par exemple, peut-être que l’on pourrait effectuer des fonctions à l’intérieur d’une cellule synthétique”, a déclaré Zhang.

L’équipe de recherche comprend également le co-auteur et le chercheur postdoctoral de l’UChicago Ali Mozaffari. L’équipe va maintenant travailler pour réaliser des expériences pour confirmer les résultats théoriques.