В полимере впервые обнаружили «дефект-близнец»
У этого полимерного материала сложная структура. Теперь ученые обнаружили в нем сложный дефект, который может обуславливать уникальные оптические и акустические свойства
Материалы в твердом агрегатном состоянии могут быть кристаллическими или аморфными. В кристаллических материалах, таких как металлические сплавы и керамика, атомы обычно расположены правильно и симметрично. Они формируют периодически повторяющиеся области, называемые элементарными ячейками. Как правило, эти элементарные ячейки состоят всего из нескольких атомов и складываются вместе, образуя периодический кристалл. Аморфные материалы также могут образовывать кристаллы, состоящие из элементарных ячеек, но периодическая структура в них возникает на гораздо большем масштабе, сопоставимом с диаметром молекул.
Другое различие между этими видами материалов состоит в дефектах. Эти нарушения структуры гораздо лучше изучены в кристаллических соединениях. Дефекты играют большую роль в свойствах материала, например, в том, как он будет вести себя при деформации. Авторы новой работы решили изучить нарушения внутренней структуры, возникающие в полимерных материалах, образованных разветвленными сложными молекулами.
Ученые использовали новый вид сканирующей электронной микроскопии. При помощи этого метода исследователи смогли обрезать очень тонкий полимера ионным пучком, а затем использовали поток электронов для получения изображения среза. Таким образом авторы сделали множество снимков образца, срезая слой за слоем его поверхность, и получили в результате 3D-модель блок-сополимера полистирола и диметилсилоксана.
Во внутренней структуре материала ученые не обнаружили ничего необычного: молекулы в ней были расположены в виде так называемого «двойного гироида» — сложной периодической структуре, состоящей из двух переплетенных молекулярных сетей, одна из которых имеет левостороннее вращение, а другая — правостороннее. Но внимание ученых привлек уникальный дефект, называемый двойной границей. Он заключается в том, что молекулярные сети при переходе через определенную границу становятся своими оптическими изомерами — начинают вращать поляризованный свет в обратную сторону.
Этот дефект, по словам авторов, может обуславливать новые оптические и акустические свойства материалов. Исследователи уверены, что подобные нарушения есть и в других материалах, на изучение которых будут направлены будущие работы.
Статья об открытии опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.