Cambios estructurales en las interficies

La fase de cristal líquido es un estado definido de la materia a mitad de camino entre los de sólido (cristalino) y líquido. Todos los líquidos presentan anisotropía en interficies como pueden ser las superficies, donde las moléculas adoptan una disposición posicional y orientacional distinta de la habitual. Con los cristales líquidos, el fenómeno es aún más pronunciado, lo que los convierte en sistemas ideales para estudiar efectos de superficie o sustrato. Además, los cristales líquidos se utilizan ampliamente como semiconductores orgánicos por sus propiedades eléctricas y su capacidad para autoensamblarse en películas finas.

Los cristales líquidos discóticos, cristales compuestos por moléculas con forma de disco, son una subclase interesante descubierta hará unos treinta años. Las fases generadas en películas finas de cristal líquido discótico en la vecindad de superficies sólidas presentan un ordenamiento tridimensional (3D). La perturbación de su precario equilibrio termodinámico da lugar a una fase de bulto de cristal líquido con un ordenamiento bidimensional (2D).

El proyecto financiado con fondos europeos «Substrate-induced phases of discotic liquid crystals» (DISCO) se diseñó para caracterizar la estructura y las propiedades termodinámicas que rigen esas fases. Los investigadores eligieron un sistema modelo de cristal líquido discótico porque en esos sistemas rara vez se observan experimentalmente fases inducidas por el sustrato.

Los integrantes del proyecto estudiaron la estructura y los cambios estructurales asociados con las fases inducidas por el sustrato de películas finas de cristal líquido discótico utilizando difracción de rayos X y microscopía de fuerza atómica. Identificaron así una fase de cristal plástico tetragonal de hábito columnar 3D y mostraron que su formación y su morfología son independientes del espesor de las películas pero dependientes del tiempo. En lo que constituye un resultado sin precedentes, la fase de cristal líquido 2D se convirtió en otra de cristal plástico 3D por los eventos de nucleación heterogénea iniciados por el sustrato sólido en una escala de tiempo de un mes o más.

La nucleación heterogénea implicada en la transformación entre dos fases cualesquiera en lugares como superficies o fronteras de fases es mucho más frecuente que la nucleación homogénea. Interviene en la producción de muchos materiales con relevancia industrial, incluidos fármacos, aditivos alimentarios, aleaciones metálicas y dispositivos electrónicos orgánicos. Los resultados del proyecto DISCO y los estudios restantes de su equipo sobre los efectos de las fases inducidas por el sustrato en las propiedades de los materiales tendrán así pues un importante impacto en el diseño y la producción de nuevos compuestos.