لقد اعتدنا على التفكير في المادة في إحدى حالات التجمع الثلاث: غازية أو صلبة أو سائلة. لكن الطبيعة، كما نعلم، تحب أحيانًا تعقيد الأمور. وكجزء من هذه التسلية، ابتكر "بلورات سائلة"، كما يقول البروفيسور هيليل أهاروني من قسم فيزياء الأنظمة المعقدة في معهد وايزمان.
لقد اعتدنا على التفكير في المادة في إحدى حالات التجمع الثلاث: غازية أو صلبة أو سائلة. لكن الطبيعة، كما نعلم، تحب أحيانًا تعقيد الأمور. كجزء من هذه التسلية، ابتكر "البلورات السائلة"، وهي عائلة من حالات التجميع حيث يكون هيكل المادة أكثر تنظيمًا من السائل، ولكنه أقل تنظيمًا من الطريقة التي يتم بها تنظيم الذرات أو الجزيئات في بلورة صلبة.
هذه البلورات، والطريقة التي يتم بها دمجها أحيانًا في هياكل مادية أخرى، مثل البوليمرات (شيء يخلق نوعًا معينًا من "المواد اللينة")، هي من بين المجالات البحثية التي ركز عليها الدكتور هيليل أهاروني، الذي انضم مؤخرًا إلى كباحث كبير في قسم فيزياء الأنظمة المعقدة في معهد وايزمان للعلوم.
أحد أنواع المواد التي يهتم بها الدكتور أهاروني تسمى "اللدائن الخيطية". وهي عبارة عن نوع من المواد المرنة ذات اتجاه محدد (على سبيل المثال، شبكة من البوليمرات، حيث يتم تضمين جزيئات الكريستال السائل). في كل نقطة في مثل هذا الهيكل المادي، هناك اتجاه محدد يتم من خلاله "برمجة" المادة للانكماش أو الانتفاخ، استجابة لتغير في عامل "بيئي" أو آخر، مثل درجة الحرارة، والمجال المغناطيسي، والضوء، إلخ. بمعنى آخر، اعتدنا على الاعتقاد أنه عندما يتم تسخين المادة، فإنها تنتشر بالتساوي في جميع الاتجاهات. لكن "المطاط الخيطي" يتفاعل مع ارتفاع درجة الحرارة بالانتشار في اتجاه محدد فقط.
وهذا يعني أن الصفائح الكبيرة المصنوعة من مثل هذه المادة (التي يكون تركيبها الكيميائي موحدًا ولكن الاتجاه "المضمن" فيها يختلف من نقطة إلى أخرى)، والتي ستتعرض لزيادة في درجة الحرارة، لن تنتشر على طول وعبر هيكلها المستوي فقط - ولكنها ستعتمد بنية هندسية مختلفة وجديدة، وفي الواقع سوف تصبح سطحًا منحنيًا ثلاثي الأبعاد. وهذا نوع من "التحول" الهيكلي الناتج عن بنية هذه المادة.
أظهر الدكتور أهاروني وشركاؤه في البحث كيف أنه من الممكن التحكم في الاتجاه المضمن في البلورات السائلة الخيطية المدمجة في شبكة البوليمر، بحيث يمكن التنبؤ - وفي الواقع، حتى إملاء - الشكل الجديد (الهندسة) ستعتمد المادة استجابة لتغير في عامل معين (التعرض للضوء، ارتفاع درجة الحرارة، تغير في قوة المجال المغناطيسي، وغيرها). بمعنى ما، يمكن اعتباره نوعًا من "النحت"، أو "التصميم" لمادة ما، باستخدام نموذج رياضي معقد - يحل محل الأزاميل والأزاميل التقليدية. ويقول الدكتور أهروني إن الأداة المستخدمة في التصميم في هذه الحالة هي جزء من المادة نفسها، وليست أداة خارجية، مثل الإسماعيل.
وجود البلورات السائلة: غابة رائعة من العيوب الهيكلية
ومن المواضيع الأخرى التي يهتم بها الدكتور أهاروني توصيف العيوب الطوبولوجية في البلورات السائلة، وهي عبارة عن نوع من النقاط أو الخطوط في الفضاء حيث يتم كسر بنية المادة. تؤثر هذه العيوب بشكل كبير على خصائص المادة.
مجال آخر من مجالات البحث، والذي قد يخلق جسرا بين الفيزياء وعلوم الحياة والطب، هو محاولة فهم أنماط تكوين التجاعيد والتنبؤ بها (المشابهة للتجاعيد التي تتطور في جلد كبار السن. يعتمد هذا البحث على التشابه الرياضي بين أنماط التجاعيد التي تتشكل في صفائح مختلفة (بما في ذلك الجلد)، وسلوك بلورات سائلة معينة. وبهذه الطريقة، من الممكن، على سبيل المثال، حساب ومعرفة كيف سيبدو وجه شخص معين - و ما هي التجاعيد التي ستشوه وجهه بعد عقود من الآن؟
