Ken jij vloeibare kristallen? Je kijkt op dit moment naar!

Vloeibare kristallen in jouw televisie, en in mijn optische instrumenten

De eerste keer dat ik het begrip: 'vloeibaar kristal' hoorde, dacht ik aan een soort pan op een heel heet vuur waarin kristallen gesmolten werden. Vloeibaar is vloeibaar, toch? Nou, niet helemaal. De moleculen in vloeibare kristallen zijn wel in staat om te vloeien, maar zijn tegelijkertijd ook geordend en georiënteerd ten op zichte van elkaar. Dit betekend dat als we het kristal van de voorkant bekijken, het andere eigenschappen heeft dan als we deze van de zijkant bekijken. De geordende richting van de moleculen kunnen we veranderen door een elektrische spanning door het kristal te sturen of ze bloot te stellen aan licht of warmte. Hiermee kunnen we optische eigenschappen van het kristal veranderen. Een belangrijke eigenschap is bijvoorbeeld de brekingsindex¹ die afhangt van de polarisatie eigenschappen van het kristal.
Dubbele breking • Er zijn materialen die licht beïnvloeden met een optische eigenschap die we birefringence noemen. Birefringence, ook wel vertaald als dubbele breking, is de eigenschap waarbij de brekingsindex van een doorzichtig materiaal afhangt van van de polarisatie richting. Een ongepolariseerde lichtbundel dat op het materiaal valt wordt gesplitst in twee gepolariseerde lichtbundels die hun polarisatie richting loodrecht op elkaar hebben staan, bijvoorbeeld horizontaal en verticaal. Christiaan Huygens, een bekende Nederlandse sterrenkundige uit de 17e eeuw, beschreef dit fenomeen toen hij onderzoek deed naar de dubbele breking van licht in een kristal genaamd calciet.

Waarom vertel ik jullie nou over vloeibare kristallen en deze birefringence eigenschap. Nou om te beginnen, is het een leuk weetje dat je (bijna) elke dag naar deze vloeibare kristallen kijkt! De afkorting lcd staat namelijk voor liquid-crystal display. De kristallen in de pixels van het scherm zorgen ervoor dat we met een stroompje pixels gemakkelijk uit en aan kunnen zetten.

In mijn onderzoek maak ik ook gebruik van vloeibare kristallen. Niet alleen zit ik ook veel achter een computerscherm, maar ze zijn ook verwerkt in onderdelen van de instrumenten die ik gebruik voor mijn onderzoek: Treepol en LSDpol. In deze kristallen kunnen we birefringence gebruiken om inkomende polarisatie signalen te veranderen. Zo kunnen we bijvoorbeeld linear gepolariseerd licht naar elliptich gepolariseerd licht transformeren. Binnenkort zal ik meer vertellen over hoe we deze kristallen ook heel goed kunnen gebruiken zonder gebruik te maken van elektriciteit. Dit is namelijk erg belangrijk voor optische instrumenten die we bijvoorbeeld naar de ruimte willen sturen.

¹ De brekingsindex van een materiaal geeft aan hoeveel licht afbuigt wanneer het door het grensvlak van twee verschillende materialen reist. De grootte van de brekingsindex hangt niet allen af van het materiaal, maar ook van de golflengte (ook wel 'kleur') van het inkomende licht. Met het principe dat verschillende kleuren verschillend afbuigen, kan je bijvoorbeeld beschrijven waarom we met een prisma wit zonlicht in verschillende kleuren kunnen splitsen.