Оптически активные полимеры — шаг к дисплеям нового поколения

Размеры современных телевизоров увеличиваются, а цены на них снижаются с каждым годом. Это становится возможным благодаря технологии экранам на органических светодиодах, которые самостоятельно испускают свет при прохождении через них электрического тока. Но с целью развития технологий и удешевления материалов ученые постоянно ищут, как использовать другие оптические свойства и их преимущества, в том числе и циркулярно-поляризованный свет (круговую поляризацию).

Что это такое? Попробуем объяснить на простом примере. Если свет состоит из двух плоских волн одинаковой амплитуды, но отличающихся по фазе на 90°, то говорят, что свет имеет круговую поляризацию. Если бы вы могли видеть кончик вектора электрического поля, то казалось бы, что он движется по кругу по мере приближения к вам.

Теперь японские ученые создали полимеры спиральной формы, которые оптически активны и излучают циркулярно-поляризованный свет. Напомним, что изначально молекулы жидких кристаллов имеют прямую конфигурацию.

В роли шаблона физики использовали жидкие кристаллы, к которым добавили мономеры – это атомы или небольшие молекулы, которые соединяются вместе, образуя более сложные структуры, такие как полимеры. Присутствие мономеров заставило кристаллы закрутиться в спираль и сделало структуру полимеров хиральной (хиральность — свойство молекулы не совмещаться в пространстве со своим зеркальным отражением).

К жидкокристаллическому шаблону применялось электрическое напряжение, запускающее полимеризацию мономеров, после его удаляли, а полимер оставался замороженным в форме спирали. Такая форма позволила нарушить зеркальную симметрию и преобразовывать плоскополяризованный свет, у которого направления колебаний электрического и магнитного векторов в любой точке пространства остаются неизменными с течением времени, в круговую поляризацию.

Сопряженные полимеры несут фурановые кольца, которые способствуют электропроводности и стабилизируют спиральную конфигурацию. Фуран представляет собой моноциклический гетероарен со структурой  из пятичленного ароматического кольца с четырьмя атомами углерода и одним атомом кислорода. А пи-стэкинг (притягательное нековалентныое взаимодействие между пи-связями ароматических колец) позволяет  оптически активным полимерам соединяться в высоко упорядоченную хиральную систему.

Созданный полимер протестировали и обнаружили сильную оптическую активность в видимом диапазоне длины волны. В дальнейшем это открытие поможет создавать более энергоэффективные и недорогие экраны, а также экраны, которые будут легко читаться при ярком солнечном свете.