তরল কেলাস

তরল স্ফটিক (এলসি) হলো পদার্থের এমন একটি অবস্থা, যা তরল ও কঠিন স্ফটিকের—এই দুইয়ের মাঝামাঝি বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে। উদাহরণস্বরূপ, একটি তরল স্ফটিক তরলের মতো প্রবাহিত হতে পারে, কিন্তু এর অণুগুলো কঠিনের মতো একটি সাধারণ অভিমুখে সজ্জিত থাকে। এলসির বিভিন্ন ধরনের দশা রয়েছে, যেগুলো মূলত তাদের আলোকগত বৈশিষ্ট্যের (যেমন গঠন) ভিত্তিতে আলাদা করে চেনা যায়। মূলত পদার্থের ভিন্ন ভিন্ন অংশের অণুগুলো ভিন্ন দিকে সাজানো থাকায় এমন বৈসাদৃশ্যপূর্ণ গঠন দেখা যায়। একটি তরল স্ফটিক পদার্থ সবসময় পদার্থের তরল স্ফটিক অবস্থায় নাও থাকতে পারে (যেমন পানি বরফ বা জলীয় বাষ্প হতে পারে)।

তরল স্ফটিককে তিনটি প্রধান প্রকারে ভাগ করা যায়: থার্মোট্রপিক, লায়োট্রপিক এবং ধাতবক্রপিক। থার্মোট্রপিক ও লায়োট্রপিক তরল স্ফটিক প্রধানত জৈব অণু নিয়ে গঠিত, যদিও কিছু খনিজও এ ধরনের বৈশিষ্ট্য দেখায়। থার্মোট্রপিক এলসি তাপমাত্রার পরিবর্তনের সাথে এলসি দশায় দশা রূপান্তর প্রদর্শন করে। লায়োট্রপিক এলসি তাপমাত্রা এবং একটি দ্রাবকে (সাধারণত পানি) অণুর সাংদ্রতার উপর নির্ভর করে দশা রূপান্তর দেখায়। ধাতবক্রপিক তরল স্ফটিক জৈব ও অজৈব উভয় ধরনের অণু নিয়ে গঠিত, এবং এদের দশা পরিবর্তন জৈব-অজৈব উপাদানের অনুপাতের ওপর নির্ভর করে।

প্রাকৃতিক জগৎ ও প্রযুক্তিগত প্রয়োগ উভয় ক্ষেত্রেই এলসির উদাহরণ বিদ্যমান। জীবন্ত ব্যবস্থায় লায়োট্রপিক এলসি প্রচুর পরিমাণে রয়েছে; অনেক প্রোটিন ও কোষ ঝিল্লি এলসি, পাশাপাশি তামাক মোজাইক ভাইরাসও। খনিজ জগতে এলসির মধ্যে রয়েছে সাবান ও বিভিন্ন সংশ্লিষ্ট ডিটারজেন্টের দ্রবণ, এবং কিছু কাদামাটি। বহুল ব্যবহৃত তরল স্ফটিক ডিসপ্লে (এলসিডি) তরল স্ফটিক ব্যবহার করে।

ইতিহাস

১৮৮৮ সালে, অস্ট্রীয় উদ্ভিদ শারীরবিজ্ঞানী ফ্রিডরিশ রাইনিটজার, কার্ল-ফার্ডিনান্ডস-ইউনিভার্সিটিটে কাজ করার সময়, কোলেস্টেরল-এর বিভিন্ন উপজাত যেগুলি বর্তমানে কোলেস্টেরিক তরল স্ফটিক পদার্থ শ্রেণীর অন্তর্গত, সেগুলোর ভৌত-রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য পরীক্ষা করেন। এর আগে, অন্য গবেষকেরা কোলেস্টেরল উপজাতগুলো হিমাঙ্কের ঠিক উপরেই ঠাণ্ডা করলে স্বতন্ত্র বর্ণের প্রভাব লক্ষ্য করেছিলেন, কিন্তু এটিকে একটি নতুন ঘটনার সাথে যুক্ত করতে পারেননি। রাইনিটজার উপলব্ধি করেছিলেন যে কোলেস্টেরিল বেনজোয়েট-এ রঙের পরিবর্তনই সবচেয়ে অদ্ভুত বৈশিষ্ট্য নয়। থাম্ব|২৫০ পিক্সেল|কোলেস্টেরিল বেনজোয়েট অণুর রাসায়নিক গঠন তিনি দেখতে পেয়েছিলেন যে কোলেস্টেরিল বেনজোয়েট অন্যান্য যৌগের মতো একইভাবে গলে না; এর দুটি গলনাঙ্ক রয়েছে। ১৪৫.৫ °সে তাপমাত্রায় এটি একটি ঘোলা তরলে গলে যায়, এবং ১৭৮.৫ °সে তাপমাত্রায় এটি আবার গলে এবং ঘোলা তরলটি স্বচ্ছ হয়ে যায়। এই পরিবর্তনটি উল্টোদিকেও ঘটতে পারত, যা গবেষকদের জন্য বিস্ময়কর ছিল।

একজন পদার্থবিজ্ঞানী-এর সাহায্য চেয়ে, ১৮৮৮ সালের ১৪ মার্চ, তিনি আখেন-এর একজন প্রাইভাটডোজেন্ট অটো লেহমান-কে চিঠি লেখেন। তারা চিঠি ও নমুনা বিনিময় করেন। লেহমান মধ্যবর্তী ঘোলা তরল পরীক্ষা করেন এবং স্ফটিককণা দেখতে পান বলে জানান। রাইনিটজারের ভিয়েনা-র সহকর্মী ভন জেফারোভিচও ইঙ্গিত দেন যে মধ্যবর্তী "তরল"টি স্ফটিকীয় ছিল। লেহমানের সাথে চিঠি বিনিময় ২৪ এপ্রিল শেষ হয়, অনেক প্রশ্ন অমীমাংসিত থেকে যায়। ১৮৮৮ সালের ৩ মে, ভিয়েনা কেমিক্যাল সোসাইটির একটি সভায় রাইনিটজার লেহমান ও ভন জেফারোভিচের কৃতিত্ব স্বীকার করে তার ফলাফল উপস্থাপন করেন।

সেই সময়ের মধ্যে, রাইনিটজার কোলেস্টেরিক তরল স্ফটিকের (এই নামটি ১৯০৪ সালে অটো লেহমান দিয়েছিলেন) তিনটি গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্য আবিষ্কার ও বর্ণনা করেছিলেন: দুটি গলনাঙ্কের অস্তিত্ব, বৃত্তীয় পোলারায়িত আলো প্রতিফলন এবং আলোর পোলারায়ণ দিক ঘুরিয়ে দেওয়ার ক্ষমতা।

এই আকস্মিক আবিষ্কারের পর, রাইনিটজার তরল স্ফটিক নিয়ে আর অধ্যয়ন চালাননি। গবেষণাটি লেহমান অব্যাহত রাখেন, তিনি বুঝতে পারেন যে এটি সম্পূর্ণ নতুন একটি ঘটনা এবং সেটি নিয়ে গবেষণা শুরু করেন: তার স্নাতকোত্তর বছরগুলোতে তিনি স্ফটিকবিজ্ঞান এবং অণুবীক্ষণ যন্ত্রবিদ্যা-তে দক্ষতা অর্জন করেছিলেন। লেহমান প্রথমে কোলেস্টেরিল বেনজোয়েট, এবং তারপর দ্বি-গলন ঘটনা প্রদর্শনকারী সম্পর্কিত যৌগগুলির উপর একটি পদ্ধতিগত গবেষণা শুরু করেন। তিনি পোলারায়িত আলো-তে পর্যবেক্ষণ করতে সক্ষম হন এবং তার অণুবীক্ষণ যন্ত্রটি একটি হট স্টেজ (তাপ উৎপাদক যুক্ত নমুনা ধারক) দিয়ে সজ্জিত ছিল যা উচ্চ তাপমাত্রার পর্যবেক্ষণ সম্ভব করত। মধ্যবর্তী ঘোলা দশাটি স্পষ্টতই প্রবাহ বজায় রাখত, কিন্তু অন্যান্য বৈশিষ্ট্য, বিশেষত অণুবীক্ষণ যন্ত্রের নিচে এর স্বাক্ষর, লেহমানকে বিশ্বাস করিয়েছিল যে তিনি একটি কঠিন পদার্থ নিয়ে কাজ করছেন। ১৮৮৯ সালের আগস্ট মাসের শেষ নাগাদ তিনি জাইটশ্রিফট ফার ফিজিক্যালিশে কেমি-তে তার ফলাফল প্রকাশ করেছিলেন।

থাম্ব|১৮০পিক্সেল|অটো লেহমান
লেহমানের কাজ জার্মান রসায়নবিদ ড্যানিয়েল ফর্লেন্ডার দ্বারা অব্যাহত ও ব্যাপকভাবে সম্প্রসারিত হয়, যিনি ২০ শতকের শুরু থেকে ১৯৩৫ সালে অবসর নেওয়া পর্যন্ত, পরিচিত বেশিরভাগ তরল স্ফটিক সংশ্লেষণ করেছিলেন। যাইহোক, তরল স্ফটিক বিজ্ঞানীদের মধ্যে জনপ্রিয়তা অর্জন করতে পারেনি এবং এই পদার্থটি প্রায় ৮০ বছর ধরে একটি বিশুদ্ধ বৈজ্ঞানিক কৌতূহলের বিষয় হিসাবে রয়ে যায়।

দ্বিতীয় বিশ্বযুদ্ধের পর, ইউরোপের বিশ্ববিদ্যালয় গবেষণাগারে তরল স্ফটিক সংশ্লেষণের কাজ পুনরায় শুরু হয়। তরল স্ফটিকের একজন বিশিষ্ট গবেষক জর্জ উইলিয়াম গ্রে, ১৯৪০-এর দশকের শেষের দিকে ইংল্যান্ডে এই পদার্থগুলির তদন্ত শুরু করেন। তার দল তরল স্ফটিক অবস্থা প্রদর্শনকারী অনেক নতুন পদার্থ সংশ্লেষণ করে এবং এই অবস্থা প্রদর্শনকারী অণুগুলির নকশা কীভাবে করতে হয় সে সম্পর্কে আরও ভাল ধারণা গড়ে তোলে। তার বই 'Molecular Structure and the Properties of Liquid Crystals' এই বিষয়ের উপর একটি নির্দেশিকা হয়ে ওঠে। তরল স্ফটিক অধ্যয়নকারী মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের প্রথম রসায়নবিদদের একজন ছিলেন গ্লেন এইচ. ব্রাউন, ১৯৫৩ সালে ইউনিভার্সিটি অব সিনসিনাটি এবং পরে কেন্ট স্টেট ইউনিভার্সিটি-তে শুরু করেন। ১৯৬৫ সালে, তিনি ওহাইওর কেন্টে তরল স্ফটিকের উপর প্রথম আন্তর্জাতিক সম্মেলনের আয়োজন করেন, যেখানে বিশ্বের শীর্ষস্থানীয় প্রায় ১০০ জন তরল স্ফটিক বিজ্ঞানী অংশ নেন। এই সম্মেলনটি এই ক্ষেত্রে গবেষণা পরিচালনার জন্য একটি বিশ্বব্যাপী প্রচেষ্টার সূচনা করে, যা শীঘ্রই এই অনন্য পদার্থগুলির ব্যবহারিক প্রয়োগের বিকাশের দিকে নিয়ে যায়।

তরল স্ফটিক পদার্থগুলি ১৯৬২ সালে আরসিএ ল্যাবরেটরিজ-এ শুরু হওয়া ফ্ল্যাট প্যানেল ইলেকট্রনিক ডিসপ্লের উন্নয়নে গবেষণার কেন্দ্রবিন্দু হয়ে ওঠে। যখন ভৌত রসায়নবিদ রিচার্ড উইলিয়ামস ১২৫ °সে তাপমাত্রায় একটি নিমেটিক তরল স্ফটিকের পাতলা স্তরে একটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র প্রয়োগ করেছিলেন, তিনি একটি নিয়মিত প্যাটার্ন গঠন পর্যবেক্ষণ করেন যাকে তিনি ডোমেইন (বর্তমানে উইলিয়ামস ডোমেইন নামে পরিচিত) বলেছিলেন। এটি তার সহকর্মী জর্জ এইচ. হাইলমিয়ার-কে টেলিভিশনে ব্যবহৃত ক্যাথোড রে ভ্যাকুয়াম টিউব প্রতিস্থাপনের জন্য একটি তরল স্ফটিক-ভিত্তিক ফ্ল্যাট প্যানেল ডিসপ্লে নিয়ে গবেষণা করতে পরিচালিত করে। কিন্তু উইলিয়ামস ও হাইলমিয়ার যে পারা-অ্যাজোক্সিঅ্যানিসোল ব্যবহার করেছিলেন তা শুধুমাত্র ১১৬ °সে-র উপরে নিমেটিক তরল স্ফটিক অবস্থা প্রদর্শন করে, যা একটি বাণিজ্যিক ডিসপ্লে পণ্যে ব্যবহার করা অবাস্তব করে তোলে। ঘরের তাপমাত্রায় পরিচালনা করা যায় এমন একটি পদার্থের স্পষ্টভাবে প্রয়োজন ছিল।

১৯৬৬ সালে, আরসিএ-তে হাইলমিয়ার দলের গবেষণা রসায়নবিদ জোয়েল ই. গোল্ডম্যাকার এবং জোসেফ এ. ক্যাস্টেলানো আবিষ্কার করেন যে শুধুমাত্র টার্মিনাল পার্শ্ব শৃঙ্খলে কার্বন পরমাণুর সংখ্যায় ভিন্ন, এমন নিমেটিক যৌগগুলির একচেটিয়া মিশ্রণ ঘরের তাপমাত্রায় নিমেটিক তরল স্ফটিক দিতে পারে। শিফ বেস যৌগগুলির একটি তিন উপাদানের মিশ্রণ এমন একটি পদার্থ দেয় যার নিমেটিক পরিসর ছিল ২২–১০৫ °সে। ঘরের তাপমাত্রায় পরিচালনা প্রথম ব্যবহারিক প্রদর্শন যন্ত্র তৈরিকে সক্ষম করে। দলটি তারপর অনেক কম গলনাঙ্কযুক্ত নিমেটিক যৌগগুলির অসংখ্য মিশ্রণ প্রস্তুত করতে এগিয়ে যায়। বিস্তৃত কার্যকরী তাপমাত্রা পরিসর পাওয়ার জন্য নিমেটিক যৌগ মেশানোর এই কৌশল শেষ পর্যন্ত শিল্প মান হয়ে ওঠে এবং এখনও নির্দিষ্ট প্রয়োগের জন্য উপযুক্ত পদার্থ তৈরিতে ব্যবহৃত হয়।

থাম্ব|N-(4-মিথোক্সিবেনজিলিডিন)-4-বিউটাইলঅ্যানিলিন (এমবিবিএ) অণুর রাসায়নিক গঠন
১৯৬৯ সালে, হ্যান্স কেলকার ঘরের তাপমাত্রায় নিমেটিক দশাযুক্ত একটি পদার্থ, N-(4-মিথোক্সিবেনজিলিডিন)-4-বিউটাইলঅ্যানিলিন (এমবিবিএ) সংশ্লেষণে সফল হন, যা তরল স্ফটিক গবেষণার অন্যতম জনপ্রিয় বিষয়। তরল-স্ফটিক ডিসপ্লের বাণিজ্যিকীকরণের পরবর্তী ধাপ ছিল জর্জ গ্রে-এর দ্বারা কম গলনাঙ্ক সহ আরও রাসায়নিকভাবে স্থিতিশীল পদার্থ (সায়ানোবাইফেনাইল) সংশ্লেষণ। ১৯৭৩ সালে কেন হ্যারিসন এবং ইউকে এমওডি (আরআরই ম্যালভার্ন)-এর সাথে সেই কাজ, নতুন পদার্থের নকশার দিকে নিয়ে যায় যার ফলে ইলেকট্রনিক পণ্যগুলির মধ্যে ছোট এলাকার এলসিডি-এর দ্রুত গ্রহণ ঘটে।

এই অণুগুলি দণ্ড-আকৃতির, কিছু গবেষণাগারে তৈরি এবং কিছু স্বতঃস্ফূর্তভাবে প্রকৃতিতে দেখা যায়। তারপর থেকে, দুটি নতুন ধরনের এলসি অণু সংশ্লেষিত হয়েছে: চাকতি-আকৃতির (১৯৭৭ সালে ভারতের শিবরামকৃষ্ণ চন্দ্রশেখর-এর দ্বারা) এবং শঙ্কু বা বাটির আকৃতির (১৯৮২ সালে চীনের লুই ল্যাম-এর দ্বারা ভবিষ্যদ্বাণী করা এবং ১৯৮৫ সালে ইউরোপে সংশ্লেষিত)।

১৯৯১ সালে, যখন তরল স্ফটিক ডিসপ্লে ইতিমধ্যে ভালভাবে প্রতিষ্ঠিত ছিল, ইউনিভার্সিতে প্যারিস-সুদ-এ কাজ করা পিয়ের-জিল দ্য জেন পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার লাভ করেন "সরল ব্যবস্থায় ক্রমের ঘটনা অধ্যয়নের জন্য উন্নীত পদ্ধতিগুলি আরও জটিল ধরনের পদার্থে, বিশেষ করে তরল স্ফটিক এবং পলিমারে, সাধারণীকরণ করা যেতে পারে এই আবিষ্কারের জন্য"।

তরল স্ফটিক পদার্থের নকশা

বহু সংখ্যক রাসায়নিক যৌগ এক বা একাধিক তরল স্ফটিক দশা প্রদর্শন করে বলে পরিচিত। রাসায়নিক গঠনে উল্লেখযোগ্য পার্থক্য সত্ত্বেও, এই অণুগুলির রাসায়নিক ও ভৌত বৈশিষ্ট্যে কিছু সাধারণ মিল রয়েছে। থার্মোট্রপিক তরল স্ফটিক তিন প্রকার: চাকতি-আকৃতির (ডিস্কোটিক), শঙ্কু-আকৃতির (বোলিক/কনিক) এবং দণ্ড-আকৃতির (রড-শেপড) অণু। ডিস্কোটিকগুলি চাকতির মতো অণু, যা পার্শ্ববর্তী অ্যারোম্যাটিক রিংগুলির একটি সমতল কেন্দ্র নিয়ে গঠিত। অন্যদিকে, কনিক এলসির কেন্দ্রটি সমতল নয়, বরং এটি একটি রাইস বোলের মতো আকৃতির (একটি ত্রিমাত্রিক বস্তু)। এটি ডিস্কোটিক এবং কনিক উভয় ধরনের এলসির জন্য দ্বিমাত্রিক স্তম্ভবৎ বিন্যাস সম্ভব করে তোলে। দণ্ড-আকৃতির অণুর একটি দীর্ঘায়িত, অ্যানিসোট্রপিক জ্যামিতি থাকে যা একক স্থানিক দিক বরং পছন্দসই সারিবদ্ধতা সম্ভব করে।

• সাধারণত যে অণুগুলো সরু, সমতল বা শঙ্কু আকৃতির হয়, সেগুলোতেই তরল স্ফটিক বৈশিষ্ট্য দেখা যায়।

• অণুর দৈর্ঘ্য কমপক্ষে ১.৩ ন্যানোমিটার হওয়া উচিত, যা অনেক ঘরের তাপমাত্রার তরল স্ফটিকে দীর্ঘ অ্যালকাইল গোষ্ঠীর উপস্থিতির সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ।

• কনিক এলসি ব্যতীত, গঠনটি শাখান্বিত বা কৌণিক হওয়া উচিত নয়।

• অস্থায়ী, মনোট্রপিক তরল স্ফটিক দশা এড়ানোর জন্য নিম্ন গলনাঙ্ক প্রাধান্য পায়। সাধারণভাবে, নিম্ন-তাপমাত্রার মেসোমরফিক আচরণ প্রযুক্তিগতভাবে বেশি উপযোগী, এবং অ্যালকাইল টার্মিনাল গ্রুপ এটি প্রসারিত করে।

দীর্ঘ ও দৃঢ় গঠনের, দিকভেদে ভিন্ন বৈশিষ্ট্যযুক্ত অণুই সাধারণত তরল স্ফটিক আচরণ প্রদর্শন করে, যা সাজানো জালিতে বিন্যস্ত কিনা এবং অণুগুলো বেশিরভাগই একই দিকে মুখ করে আছে কিনা-এর মধ্যে পার্থক্য করা যায়। তরল স্ফটিকগুলি অভিমুখী বিন্যাস দ্বারা চিহ্নিত করা হয়, কিন্তু শুধুমাত্র আংশিক বা সম্পূর্ণ অনুপস্থিত অবস্থানগত বিন্যাস থাকে। বিপরীতে, অবস্থানগত বিন্যাস বিদ্যমান কিন্তু অভিমুখী বিন্যাস নেই এমন পদার্থ প্লাস্টিক স্ফটিক নামে পরিচিত। অধিকাংশ থার্মোট্রপিক এলসি উচ্চ তাপমাত্রায় একটি আইসোট্রপিক দশা ধারণ করবে: তাপমাত্রা বাড়ালে শেষ পর্যন্ত এগুলো সাধারণ তরল অবস্থায় পরিণত হয় যা এলোমেলো এবং আইসোট্রপিক আণবিক বিন্যাস এবং তরল-সদৃশ প্রবাহ আচরণ দ্বারা চিহ্নিত। অন্যান্য অবস্থার অধীনে (উদাহরণস্বরূপ, নিম্ন তাপমাত্রা), একটি এলসি এক বা একাধিক দশায় অবস্থান করতে পারে যেখানে উল্লেখযোগ্য অ্যানিসোট্রপিক অভিমুখী গঠন এবং স্বল্প-পরিসরের অভিমুখী বিন্যাস থাকে, অথচ এখনও প্রবাহিত হওয়ার ক্ষমতা থাকে।

তরল স্ফটিকের বিন্যাস সমগ্র ডোমেইন আকার পর্যন্ত বিস্তৃত হয়, যা মাইক্রোমিটারের ক্রম অনুসারে হতে পারে, কিন্তু সাধারণত বৃহদাকার স্কেলে পৌঁছায় না যেমনটি ধ্রুপদী স্ফটিকীয় কঠিন পদার্থে প্রায়ই ঘটে। তবে কিছু কৌশল, যেমন সীমানা ব্যবহার বা প্রয়োগকৃত বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র, একটি বৃহদাকার তরল স্ফটিক নমুনায় একটি একক সাজানো ডোমেইন প্রয়োগ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। একটি তরল স্ফটিকের অভিমুখী বিন্যাস শুধুমাত্র এক মাত্রা বরাবর বিস্তৃত হতে পারে, যেখানে পদার্থটি অপর দুই দিকের মূলত বিশৃঙ্খল অবস্থায় থাকে।

থার্মোট্রপিক তরল স্ফটিক

থার্মোট্রপিক দশাগুলি সেই দশা যা একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রা সীমার মধ্যে সংঘটিত হয়। তাপমাত্রা বৃদ্ধি অত্যধিক হলে, তাপীয় গতি এলসি দশার সূক্ষ্ম সমবায়ী বিন্যাসকে ধ্বংস করবে, পদার্থটিকে একটি প্রচলিত আইসোট্রপিক তরল দশায় ঠেলে দেবে। অতি নিম্ন তাপমাত্রায়, অধিকাংশ এলসি পদার্থ একটি প্রচলিত স্ফটিক গঠন করবে। অনেক থার্মোট্রপিক এলসি তাপমাত্রা পরিবর্তনের সাথে সাথে বিভিন্ন ধরনের দশা প্রদর্শন করে। উদাহরণস্বরূপ, একটি বিশেষ ধরনের এলসি অণু (যাকে মেসোজেন বলা হয়) তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে বিভিন্ন স্মেকটিক দশা, তারপর নেমেটিক দশা এবং অবশেষে আইসোট্রপিক দশা প্রদর্শন করতে পারে। থার্মোট্রপিক এলসি আচরণ প্রদর্শনকারী একটি যৌগের উদাহরণ হল প্যারা-অ্যাজোক্সিঅ্যানিসোল।

নেমেটিক দশা


সরলতম তরল স্ফটিক দশা হল নেমেটিক। নেমেটিক দশায়, ক্যালামিটিক (দণ্ড-সদৃশ) জৈব অণুগুলির স্ফটিকীয় অবস্থানগত বিন্যাস থাকে না, কিন্তু তারা তাদের দীর্ঘ অক্ষ বরাবর মোটামুটিভাবে সমান্তরাল হয়ে আত্ম-সারিবদ্ধ হয়। অণুগুলি প্রবাহিত হতে স্বাধীন এবং তাদের ভরকেন্দ্রের অবস্থান তরলের মতো এলোমেলোভাবে বিতরিত হয়, কিন্তু তাদের অভিমুখ একটি দীর্ঘ-পরিসরের দিকনির্দেশনামূলক বিন্যাস গঠনে সীমাবদ্ধ থাকে।

নেমেটিক শব্দটি গ্রীক  () থেকে এসেছে, যার অর্থ "সুতো"। এই পরিভাষাটির উৎপত্তি ডিসক্লিনেশন থেকে: নেমেটিক দশায় পর্যবেক্ষিত সুতো-সদৃশ টপোলজিক্যাল ত্রুটি।

নেমেটিকগুলি তথাকথিত "হেজহগ" টপোলজিক্যাল ত্রুটি-ও প্রদর্শন করে। দ্বিমাত্রিক ক্ষেত্রে, টপোলজিক্যাল চার্জ  এবং  বিশিষ্ট টপোলজিক্যাল ত্রুটি থাকে। তরলগতিবিদ্যার কারণে,  ত্রুটিটি  ত্রুটির তুলনায় যথেষ্ট দ্রুত গতিতে চলে। যখন পরস্পরের কাছাকাছি রাখা হয়, ত্রুটিগুলি আকর্ষণ করে; সংঘর্ষের পর, তারা বিনষ্ট হয়।

অধিকাংশ নেমেটিক দশা একঅক্ষীয়: এদের একটি অক্ষ (যাকে ডাইরেক্ট্রিক্স বলা হয়) লম্বা ও পছন্দনীয়, এবং অপর দুটি সমতুল্য (সিলিন্ডার বা দণ্ড হিসাবে আনুমানিক করা যেতে পারে)। তবে কিছু তরল স্ফটিক দ্বিঅক্ষীয় নেমেটিক, যার অর্থ তাদের দীর্ঘ অক্ষ সাজানোর পাশাপাশি, তারা একটি গৌণ অক্ষ বরাবরও সাজে। নেমেটিক স্ফটিকের তরলতা সাধারণ (আইসোট্রপিক) তরলের মতোই, কিন্তু এগুলো সহজেই বহিঃস্থ চৌম্বক বা বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র দ্বারা সারিবদ্ধ করা যায়। সারিবদ্ধ নেমেটিকগুলির একঅক্ষীয় স্ফটিকের আলোকীয় বৈশিষ্ট্য থাকে এবং এটি এগুলোকে তরল-স্ফটিক ডিসপ্লে (এলসিডি)-তে অত্যন্ত উপযোগী করে তোলে।

নেমেটিক দশা অ-আণবিক ব্যবস্থাতেও পরিচিত: উচ্চ চৌম্বক ক্ষেত্রে, ইলেকট্রন বান্ডিল বা ফিতায় প্রবাহিত হয়ে "ইলেকট্রনিক নেমেটিক" ধরনের পদার্থ তৈরি করে।

স্মেকটিক দশা
স্মেকটিক দশাগুলি, যা নেমেটিকের চেয়ে নিম্ন তাপমাত্রায় পাওয়া যায়, সুসংজ্ঞায়িত স্তর গঠন করে যা সাবানের মতো একে অপরের উপর দিয়ে চলাচল করতে পারে। "স্মেকটিক" শব্দটি ল্যাটিন শব্দ "smecticus" থেকে উদ্ভূত, যার অর্থ পরিষ্কার করা, বা সাবান-সদৃশ বৈশিষ্ট্য থাকা।
স্মেকটিকগুলি এইভাবে এক দিক বরাবর অবস্থানগতভাবে সাজানো থাকে। স্মেকটিক এ দশায়, অণুগুলি স্তরের অভিলম্ব বরাবর অভিমুখী থাকে, যেখানে স্মেকটিক সি দশায় তারা তা থেকে হেলে থাকে। এই দশাগুলি স্তরের অভ্যন্তরে তরল-সদৃশ। অনেকগুলি ভিন্ন স্মেকটিক দশা আছে, এদের সবগুলোই বিভিন্ন ধরনের এবং মাত্রার অবস্থানগত ও অভিমুখী বিন্যাস দ্বারা চিহ্নিত। জৈব অণুর বাইরেও, স্মেকটিক বিন্যাস ২-ডি পদার্থ বা ন্যানোশিটের কলয়েডীয় সাসপেনশনের মধ্যে ঘটতে দেখা গেছে। স্মেকটিক এলসির একটি উদাহরণ হল [[p,p-ডাইনোনাইলঅ্যাজোবেঞ্জিন|p,p-ডাইনোনাইলঅ্যাজোবেঞ্জিন]]।

কাইরাল দশা বা পাকানো নেমেটিক
কাইরাল নেমেটিক দশা কাইরালিটি (হাতেশেফা) প্রদর্শন করে। এই দশাটিকে প্রায়শই কোলেস্টেরিক দশা বলা হয় কারণ এটি প্রথম কোলেস্টেরল ডেরিভেটিভের জন্য পর্যবেক্ষিত হয়েছিল। শুধুমাত্র কাইরাল অণু এই ধরনের দশার সৃষ্টি করতে পারে। এই দশা অণুগুলির ডাইরেক্টরের লম্ব দিকে একটি পাকানোর সৃষ্টি করে, যেখানে আণবিক অক্ষ ডাইরেক্টরের সমান্তরাল থাকে। সন্নিহিত অণুগুলির মধ্যে সসীম পাকান কোণ তাদের অসমমিত প্যাকিংয়ের কারণে হয়, যার ফলে দীর্ঘ-পরিসরের কাইরাল বিন্যাস তৈরি হয়। স্মেকটিক সি* দশায় (একটি তারাম标记 কাইরাল দশা নির্দেশ করে), অণুগুলির একটি স্তরিত কাঠামোতে অবস্থানগত বিন্যাস থাকে (অন্যান্য স্মেকটিক দশার মতো), যেখানে অণুগুলি স্তরের অভিলম্বের সাপেক্ষে একটি সসীম কোণে হেলে থাকে। কাইরালিটি এক স্তর থেকে পরবর্তী স্তরে একটি সীমিত আজিমুথাল পাকান প্ররোচিত করে, যা স্তরের অভিলম্ব বরাবর আণবিক অক্ষের একটি সর্পিল পাকান সৃষ্টি করে, তাই এগুলোকে পাকানো নেমেটিক-ও বলা হয়।

কাইরাল পিচ, p, বলতে সেই দূরত্বকে বোঝায় যার উপর এলসি অণুগুলি একটি সম্পূর্ণ ৩৬০° পাকান সম্পন্ন করে (তবে মনে রাখবেন যে কাইরাল নেমেটিক দশার গঠন প্রতি অর্ধ-পিচে পুনরাবৃত্তি হয়, কারণ এই দশায় ০° এবং ±১৮০°-এ ডাইরেক্টরগুলি সমতুল্য)। পিচ, p, সাধারণত তাপমাত্রা পরিবর্তিত হলে বা অন্য অণু এলসি হোস্টে যোগ করা হলে পরিবর্তিত হয় (একটি অ্যাকাইরাল এলসি হোস্ট পদার্থ কাইরাল পদার্থ দিয়ে ডোপ করলে একটি কাইরাল দশা গঠন করবে), যা একটি নির্দিষ্ট পদার্থের পিচকে সেই অনুযায়ী সুরকরণের অনুমতি দেয়। কিছু তরল স্ফটিক ব্যবস্থায়, পিচ দৃশ্যমান আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সমান ক্রমের হয়। এটি এই ব্যবস্থাগুলিকে অনন্য আলোকীয় বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করতে বাধ্য করে, যেমন ব্র্যাগ প্রতিফলন এবং নিম্ন-সীমার লেজার নিঃসরণ, এবং এই বৈশিষ্ট্যগুলি বেশ কিছু আলোকীয় প্রয়োগে কাজে লাগানো হয়। ব্র্যাগ প্রতিফলনের ক্ষেত্রে, শুধুমাত্র সর্বনিম্ন-ক্রমের প্রতিফলন অনুমোদিত যদি আলো পেঁচাল অক্ষ বরাবর আপতিত হয়, যেখানে তির্যক আপতনের ক্ষেত্রে উচ্চ-ক্রমের প্রতিফলন অনুমোদিত হয়। কোলেস্টেরিক তরল স্ফটিকগুলি এই অনন্য বৈশিষ্ট্যও প্রদর্শন করে যে তারা বৃত্তীয় পোলারায়িত আলো প্রতিফলিত করে যখন এটি পেঁচাল অক্ষ বরাবর আপতিত হয় এবং উপবৃত্তীয় পোলারায়িত আলো প্রতিফলিত করে যদি তা তির্যকভাবে আসে।

নীল দশা
নীল দশা হল তরল স্ফটিক দশা যা একটি কাইরাল নেমেটিক দশা এবং একটি আইসোট্রপিক তরল দশার মধ্যে তাপমাত্রা পরিসরে আবির্ভূত হয়। নীল দশাগুলির কয়েকশ ন্যানোমিটারের জালি পর্যায় সহ ত্রুটির একটি নিয়মিত ত্রিমাত্রিক ঘনক গঠন থাকে এবং এইভাবে তারা ঘনক জালির সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ দৃশ্যমান আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য পরিসরে নির্বাচিত ব্র্যাগ প্রতিফলন প্রদর্শন করে। ১৯৮১ সালে তাত্ত্বিকভাবে ভবিষ্যদ্বাণী করা হয়েছিল যে এই দশাগুলি কোয়াসিক্রিস্টালের মতো আইকোসাহেড্রাল প্রতিসাম্য ধারণ করতে পারে।

যদিও নীল দশাগুলি দ্রুত আলো মডুলেটর বা সুরযোগ্য ফোটোনিক স্ফটিক-এর জন্য আগ্রহের বিষয়, তারা খুব সংকীর্ণ তাপমাত্রা পরিসরে বিদ্যমান, সাধারণত কয়েক কেলভিন-এর কম। সম্প্রতি ঘরের তাপমাত্রাসহ (২৬০–৩২৬ কেলভিন) ৬০ কেলভিনের বেশি তাপমাত্রা পরিসরে নীল দশার স্থিতিশীলতা প্রদর্শিত হয়েছে। ঘরের তাপমাত্রায় স্থিতিশীল নীল দশাগুলি ১০−৪ সেকেন্ডের ক্রমের প্রতিক্রিয়া সময়ের সাথে তড়িৎ-আলোকীয় স্যুইচিং সক্ষম করে। ২০০৮ সালের মে মাসে, প্রথম নীল দশা মোড এলসিডি প্যানেল তৈরি করা হয়েছিল।

নীল দশা স্ফটিক, যা দৃশ্যমান তরঙ্গদৈর্ঘ্য পরিসরে ব্যান্ডগ্যাপ সহ একটি পর্যায়বৃত্ত ঘনক গঠন, তা ত্রিমাত্রিক ফোটোনিক স্ফটিক হিসাবে বিবেচিত হতে পারে। বৃহৎ আয়তনে আদর্শ নীল দশা স্ফটিক তৈরি করা এখনও সমস্যাজনক, কারণ উৎপাদিত স্ফটিকগুলি সাধারণত বহু-স্ফটিকীয় (প্লেটলেট গঠন) হয় অথবা একক স্ফটিকের আকার সীমিত (মাইক্রোমিটার পরিসরে) থাকে। সম্প্রতি, বৃহৎ আয়তনে আদর্শ ত্রিমাত্রিক ফোটোনিক স্ফটিক হিসাবে প্রাপ্ত নীল দশাগুলিকে স্থিতিশীল করা হয়েছে এবং বিভিন্ন নিয়ন্ত্রিত স্ফটিক জালির অভিমুখের সাথে উৎপাদিত করা হয়েছে।
ডিস্কোটিক দশা
চাকতি-আকৃতির এলসি অণুগুলি স্তর-সদৃশ পদ্ধতিতে নিজেদের সাজাতে পারে যা ডিস্কোটিক নেমেটিক দশা নামে পরিচিত। যদি চাকতিগুলো স্তূপে প্যাক হয়, তবে দশাটিকে ডিস্কোটিক কলামনার বলা হয়। কলামগুলি নিজেরাও আয়তাকার বা ষড়ভুজীয় বিন্যাসে সংগঠিত হতে পারে। কাইরাল নেমেটিক দশার মতো, কাইরাল ডিস্কোটিক দশাও পরিচিত।

কনিক দশা
কনিক এলসি অণু, ডিস্কোটিকের মতো, কলামনার দশা গঠন করতে পারে। অন্যান্য দশা, যেমন ননপোলার নেমেটিক, পোলার নেমেটিক, স্ট্রিংবিন, ডোনাট এবং অনিয়ন দশা ভবিষ্যদ্বাণী করা হয়েছে। ননপোলার নেমেটিক ব্যতীত কনিক দশাগুলি পোলার দশা।

লায়োট্রপিক তরল স্ফটিক

একটি লায়োট্রপিক তরল স্ফটিক দুই বা ততোধিক উপাদান নিয়ে গঠিত যা নির্দিষ্ট সাংদ্রতা সীমার মধ্যে তরল-স্ফটিক বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে। লায়োট্রপিক দশাগুলিতে, দ্রাবকের অণু যৌগগুলোর চারপাশের স্থান পূর্ণ করে সিস্টেমে তরলতা প্রদান করে। থার্মোট্রপিক তরল স্ফটিকের বিপরীতে, এই লায়োট্রপিকগুলির সাংদ্রতার আরেকটি স্বাধীনতার মাত্রা থাকে যা তাদের বিভিন্ন ধরনের দশা প্ররোচিত করতে সক্ষম করে।

একই অণুর মধ্যে দুটি অমিশ্রণীয় হাইড্রোফিলিক এবং হাইড্রোফোবিক অংশ আছে এমন যৌগকে অ্যাম্ফিফিলিক অণু বলে। অনেক অ্যাম্ফিফিলিক অণু হাইড্রোফিলিক অংশ এবং হাইড্রোফোবিক অংশের মধ্যে আয়তনের সামঞ্জস্যের উপর নির্ভর করে লায়োট্রপিক তরল-স্ফটিক দশা ক্রম প্রদর্শন করে। এই গঠনগুলি ন্যানোমিটার স্কেলে দুটি অসামঞ্জস্যপূর্ণ উপাদানের অণু-পর্যায় পৃথকীকরণের মাধ্যমে গঠিত হয়। সাবান হল লায়োট্রপিক তরল স্ফটিকের একটি দৈনন্দিন উদাহরণ।

পানি বা অন্যান্য দ্রাবক অণুর উপাদান স্ব-সংগঠিত গঠন পরিবর্তন করে। খুব কম অ্যাম্ফিফিল সাংদ্রতায়, অণুগুলি কোনো বিন্যাস ছাড়াই এলোমেলোভাবে বিচ্ছুরিত থাকবে। সামান্য বেশি (তবে এখনও কম) সাংদ্রতায়, অ্যাম্ফিফিলিক অণুগুলি স্বতঃস্ফূর্তভাবে মাইসেল বা ভেসিকল-এ সংগঠিত হবে। অ্যাম্ফিফিলের হাইড্রোফোবিক লেজটিকে মাইসেলের কেন্দ্রের ভিতরে 'লুকিয়ে' রাখার জন্য এটি করা হয়, যার ফলে জলীয় দ্রবণে একটি হাইড্রোফিলিক (পানি-দ্রবণীয়) পৃষ্ঠ উন্মুক্ত হয়। তবে এই গোলাকার বস্তুগুলি দ্রবণে নিজেদের সাজায় না। উচ্চ সাংদ্রতায়, সমষ্টিগুলি সাজানো হয়ে যাবে। একটি সাধারণ দশা হল ষড়ভুজীয় কলামনার দশা, যেখানে অ্যাম্ফিফিলগুলি দীর্ঘ সিলিন্ডার গঠন করে (আবার হাইড্রোফিলিক পৃষ্ঠ সহ) যা নিজেদের একটি মোটামুটি ষড়ভুজীয় জালিতে সাজায়। একে মিডল সোপ ফেজ বলে। আরও উচ্চ সাংদ্রতায়, একটি ল্যামেলার ফেজ (নিট সোপ ফেজ) গঠিত হতে পারে, যেখানে অ্যাম্ফিফিলের প্রসারিত পাতগুলি পানির পাতলা স্তর দ্বারা পৃথক করা হয়। কিছু সিস্টেমের জন্য, হেক্সাগোনাল এবং ল্যামেলার দশাগুলির মধ্যে একটি কিউবিক (যাকে ভিসকাস আইসোট্রপিকও বলা হয়) দশা থাকতে পারে, যেখানে গোলক তৈরি হয় যা একটি ঘন ঘনক জালি গঠন করে। এই গোলকগুলি একে অপরের সাথেও সংযুক্ত হতে পারে, একটি বাইকন্টিনিউয়াস কিউবিক দশা গঠন করে।

অ্যাম্ফিফিল দ্বারা সৃষ্ট বস্তুগুলি সাধারণত গোলাকার হয় (মাইসেলের ক্ষেত্রে যেমন), তবে চাকতি-সদৃশ (বাইসেল), দণ্ড-সদৃশ বা দ্বিঅক্ষীয় (তিনটি মাইসেল অক্ষই স্বতন্ত্র) ও হতে পারে। এই অ্যানিসোট্রপিক স্ব-সংগঠিত ন্যানো-গঠনগুলি তখন থার্মোট্রপিক তরল স্ফটিকের মতোই প্রায় একই পদ্ধতিতে নিজেদের সাজাতে পারে, যা সমস্ত থার্মোট্রপিক দশার বৃহৎ-স্কেল সংস্করণ গঠন করে (যেমন দণ্ড-আকৃতির মাইসেলের নেমেটিক দশা)।

কিছু সিস্টেমের জন্য, উচ্চ সাংদ্রতায়, বিপরীত দশা পরিলক্ষিত হয়। অর্থাৎ, একটি বিপরীত ষড়ভুজীয় কলামনার দশা (অ্যাম্ফিফিল দ্বারা আবদ্ধ পানির কলাম) বা একটি বিপরীত মাইসেলার দশা (গোলাকার জলীয় গহ্বর সহ একটি বাল্ক তরল স্ফটিক নমুনা) তৈরি হতে পারে।

নিম্ন থেকে উচ্চ অ্যাম্ফিফিল সাংদ্রতায় যাওয়ার সময় দশাগুলির একটি সাধারণ ক্রম হল:

· বিচ্ছিন্ন কিউবিক দশা (মাইসেলার কিউবিক দশা)

· ষড়ভুজীয় দশা (ষড়ভুজীয় কলামনার দশা) (মিডল ফেজ)

· ল্যামেলার দশা

· বাইকন্টিনিউয়াস কিউবিক দশা

· বিপরীত ষড়ভুজীয় কলামনার দশা

· বিপরীত কিউবিক দশা (বিপরীত মাইসেলার দশা)

এমনকি একই পর্যায়ের মধ্যেও, তাদের স্ব-একত্রিত কাঠামো ঘনত্বের দ্বারা সুরক্ষিত হয়: উদাহরণস্বরূপ, ল্যামেলার পর্যায়ে, দ্রাবক আয়তনের সাথে স্তরের দূরত্ব বৃদ্ধি পায়। যেহেতু লাইওট্রপিক তরল স্ফটিকগুলি আন্তঃআণবিক মিথস্ক্রিয়াগুলির একটি সূক্ষ্ম ভারসাম্যের উপর নির্ভর করে, তাই থার্মোট্রপিক তরল স্ফটিকগুলির তুলনায় তাদের গঠন এবং বৈশিষ্ট্য বিশ্লেষণ করা আরও কঠিন।

অমিশ্রণযোগ্য ডাইব্লক কোপলিমারগুলিতে একই ধরণের পর্যায় এবং বৈশিষ্ট্য লক্ষ্য করা যায়।

ধাতব তরল স্ফটিক

তরল স্ফটিক দশা নিম্ন-গলনাঙ্কবিশিষ্ট অজৈব দশা যেমন ZnCl2-এর উপরও ভিত্তি করে গঠিত হতে পারে, যার গঠন সংযুক্ত টেট্রাহেড্রা দিয়ে তৈরি এবং এটি সহজেই কাচ গঠন করে। দীর্ঘ শৃঙ্খলবিশিষ্ট সাবান-সদৃশ অণু যোগ করার ফলে নতুন দশাগুলির একটি সিরিজের সৃষ্টি হয় যা অজৈব-জৈব গঠনের অনুপাত এবং তাপমাত্রা উভয়ের ফাংশন হিসাবে বিভিন্ন ধরনের তরল স্ফটিক আচরণ প্রদর্শন করে। পদার্থের এই শ্রেণিটির নাম দেওয়া হয়েছে ধাতব তরল স্ফটিক।

মেসোদশাগুলির পরীক্ষাগার বিশ্লেষণ

থার্মোট্রপিক মেসোদশা দুটি প্রধান পদ্ধতি দ্বারা শনাক্ত ও চরিত্রায়িত করা হয়। প্রাথমিক পদ্ধতি ছিল তাপীয় আলোক অণুবীক্ষণ ব্যবহার, যেখানে পদার্থের একটি ক্ষুদ্র নমুনা দুটি ক্রসড পোলারাইজারের মাঝে স্থাপন করা হয়; তারপর নমুনাটিকে উত্তপ্ত ও শীতল করা হয়। যেহেতু আইসোট্রপিক দশা আলোর পোলারায়ণকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করে না, তাই এটি খুব গাঢ় দেখায়, অন্যদিকে স্ফটিক ও তরল স্ফটিক দশা উভয়েই আলোকে একটি সমরূপ পদ্ধতিতে পোলারায়িত করবে, যা উজ্জ্বলতা ও বর্ণের গ্রেডিয়েন্ট সৃষ্টি করে। এই পদ্ধতিটি নির্দিষ্ট দশার চরিত্রায়নের অনুমতি দেয়, কারণ বিভিন্ন দশা তাদের নির্দিষ্ট বিন্যাস দ্বারা সংজ্ঞায়িত, যা পর্যবেক্ষণ করতে হবে। দ্বিতীয় পদ্ধতি, ডিফারেনশিয়াল স্ক্যানিং ক্যালোরিমেট্রি (ডিএসসি), দশা রূপান্তর ও রূপান্তর এনথালপি আরও নির্ভুলভাবে নির্ণয়ের সুযোগ দেয়। ডিএসসিতে, একটি ক্ষুদ্র নমুনাকে এমনভাবে উত্তপ্ত করা হয় যাতে সময়ের সাপেক্ষে তাপমাত্রার একটি অত্যন্ত সুনির্দিষ্ট পরিবর্তন তৈরি হয়। দশা রূপান্তরের সময়, এই উত্তাপ বা শীতলীকরণ হার বজায় রাখার জন্য প্রয়োজনীয় তাপ প্রবাহ পরিবর্তিত হবে। এই পরিবর্তনগুলি পর্যবেক্ষণ করা যায় এবং বিভিন্ন দশা রূপান্তর, যেমন গুরুত্বপূর্ণ তরল স্ফটিক রূপান্তর, এর সাথে সম্পর্কিত করা যায়।

লায়োট্রপিক মেসোদশাগুলি অনুরূপ পদ্ধতিতে বিশ্লেষণ করা হয়, যদিও এই পরীক্ষাগুলি কিছুটা জটিলতর, কারণ মেসোজেনের সাংদ্রতা একটি মূল কারণ। এই প্রভাব বিশ্লেষণ করার জন্য মেসোজেন-এর বিভিন্ন সাংদ্রতায় এই পরীক্ষাগুলি পরিচালিত হয়।

জৈবিক তরল স্ফটিক
জীবন্ত ব্যবস্থায় লাইওট্রপিক তরল-স্ফটিক পর্যায় প্রচুর পরিমাণে পাওয়া যায়, যার অধ্যয়নকে লিপিড পলিমরফিজম বলা হয়। 
সেই অনুযায়ী, বায়োমিমেটিক রসায়নের ক্ষেত্রে লাইওট্রপিক তরল স্ফটিকগুলি বিশেষ মনোযোগ আকর্ষণ করে। বিশেষ করে, জৈবিক ঝিল্লি এবং কোষ ঝিল্লি তরল স্ফটিকের একটি রূপ। তাদের গঠনকারী অণুগুলি (যেমন ফসফোলিপিড) ঝিল্লির পৃষ্ঠের সাথে লম্ব থাকে, তবুও ঝিল্লিটি নমনীয়। এই লিপিডগুলির আকার বিভিন্ন রকম হয় (লিপিড পলিমরফিজম-এর পাতা দেখুন)। গঠনকারী অণুগুলি সহজেই পরস্পরের মধ্যে মিশে যেতে পারে, কিন্তু এই প্রক্রিয়ার উচ্চ শক্তির প্রয়োজনীয়তার কারণে তারা সাধারণত ঝিল্লি ছেড়ে বেরোতে চায় না। লিপিড অণুগুলি ঝিল্লির এক পাশ থেকে অন্যপাশে উল্টে যেতে পারে, এই প্রক্রিয়াটি ফ্লিপেজ এবং ফ্লোপেজ (চলাচলের দিকের উপর নির্ভর করে) দ্বারা অনুঘটিত হয়। এই তরল স্ফটিক ঝিল্লি দশাগুলি গুরুত্বপূর্ণ প্রোটিন যেমন রিসেপ্টরকেও ঝিল্লির ভিতরে বা আংশিক বাইরে মুক্তভাবে "ভাসতে" স্থান দিতে পারে, যেমন সিটিপি:ফসফোকোলিন সাইটিডিলাইলট্রান্সফেরেজ (সিসিটি)।

অন্যান্য অনেক জৈবিক কাঠামো তরল-স্ফটিক আচরণ প্রদর্শন করে। উদাহরণস্বরূপ, মাকড়সা রেশম দ্বারা রেশম তৈরির জন্য যে ঘনীভূত প্রোটিন দ্রবণ বের করা হয় তা আসলে একটি তরল স্ফটিক পর্যায়। রেশমের অণুগুলির সুনির্দিষ্ট ক্রম তার বিখ্যাত শক্তির জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। ডিএনএ এবং অনেক পলিপেপটাইড, সক্রিয়ভাবে চালিত সাইটোস্কেলিটাল ফিলামেন্ট সহ, তাও তরল স্ফটিক দশা গঠন করতে পারে। দীর্ঘায়িত কোষের মনোলেয়ারগুলিও তরল-স্ফটিক আচরণ প্রদর্শন করতে দেখা গেছে, এবং সংশ্লিষ্ট টপোলজিক্যাল ত্রুটিগুলি জৈবিক ফলাফলের সাথে যুক্ত করা হয়েছে, যার মধ্যে কোষের মৃত্যু এবং নিষ্কাশন অন্তর্ভুক্ত। একত্রে, তরল স্ফটিকের এই জৈবিক প্রয়োগগুলি বর্তমান একাডেমিক গবেষণার একটি গুরুত্বপূর্ণ অংশ।

খনিজ তরল স্ফটিক

খনিজ জগতেও তরল স্ফটিকের উদাহরণ পাওয়া যায়, যার অধিকাংশই লায়োট্রপিক। ১৯২৫ সালে জোকার সর্বপ্রথম ভ্যানাডিয়াম(V) অক্সাইড আবিষ্কার করেন। তারপর থেকে আরও কয়েকটি আবিষ্কৃত হয়েছে এবং বিস্তারিতভাবে অধ্যয়ন করা হয়েছে। স্মেকটাইট কাদামাটি পরিবারের ক্ষেত্রে প্রকৃত নেমেটিক দশার অস্তিত্ব ১৯৩৮ সালে ল্যাংমুইর উত্থাপন করেছিলেন, কিন্তু এটি একটি দীর্ঘদিনের অমীমাংসিত প্রশ্ন ছিল এবং সম্প্রতি তা নিশ্চিত করা গেছে।

ন্যানোবিজ্ঞানের দ্রুত বিকাশ এবং বহু নতুন অ্যানিসোট্রপিক ন্যানোকণা সংশ্লেষণের সাথে সাথে, কার্বন ন্যানোটিউব ও গ্রাফিনের উদাহরণসহ, এই ধরনের খনিজ তরল স্ফটিকের সংখ্যা দ্রুত বৃদ্ধি পাচ্ছে। এমনকি একটি ল্যামেলার দশা আবিষ্কৃত হয়েছে, H3Sb3P2O14, যা স্তরমধ্যবর্তী দূরত্বের জন্য ~২৫০ ন্যানোমিটার পর্যন্ত অতি-স্ফীতি প্রদর্শন করে।

তরল স্ফটিকে প্রতিমানের সৃষ্টি

তরল স্ফটিকের অ্যানিসোট্রপি এমন একটি ধর্ম যা অন্যান্য তরলে দেখা যায় না। এই অ্যানিসোট্রপি তরল স্ফটিকের প্রবাহকে সাধারণ তরলের প্রবাহের চেয়ে ভিন্নভাবে আচরণ করতে বাধ্য করে। উদাহরণস্বরূপ, দুটি নিকটবর্তী সমান্তরাল পাতের মাঝে তরল স্ফটিকের একটি ফ্লাক্স ইনজেকশন (সান্দ্র অঙ্গুলী অগ্রসরন) অণুগুলির অভিমুখকে প্রবাহের সাথে যুক্ত হতে বাধ্য করে, যার ফলে শাখান্বিত প্রতিমানের উদ্ভব ঘটে। এই অ্যানিসোট্রপি ভিন্ন ভিন্ন তরল স্ফটিক দশার মধ্যবর্তী আন্তঃপৃষ্ঠীয় শক্তি (পৃষ্ঠটান)-এর মধ্যেও প্রকাশ পায়। এই অ্যানিসোট্রপি সহাবস্থান তাপমাত্রায় সাম্যাবস্থার আকার নির্ধারণ করে, এবং এটি এতই শক্তিশালী যে সাধারণত তলগুলি (facet) আবির্ভূত হয়। তাপমাত্রা পরিবর্তিত হলে দশাগুলির একটি বৃদ্ধি পায়, এবং তাপমাত্রা পরিবর্তনের উপর নির্ভর করে বিভিন্ন আকারগঠন (morphology) সৃষ্টি করে। যেহেতু বৃদ্ধি তাপের ব্যাপন দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়, তাই তাপ পরিবাহিতার অ্যানিসোট্রপি নির্দিষ্ট দিকে বৃদ্ধির পক্ষে কাজ করে, যা চূড়ান্ত আকারেও প্রভাব ফেলে।

তরল স্ফটিকের তাত্ত্বিক ব্যাখ্যা

তরল দশাগুলির আণুবীক্ষণিক তাত্ত্বিক ব্যাখ্যা বেশ জটিল হয়ে উঠতে পারে, কারণ উচ্চ পদার্থের ঘনত্বের কারণে শক্তিশালী আন্তঃক্রিয়া, কেন্দ্র-কেন্দ্রি বিকর্ষণ এবং বহু-কণা সম্পর্ককে উপেক্ষা করা যায় না। তরল স্ফটিকের ক্ষেত্রে, এই সমস্ত আন্তঃক্রিয়ার অ্যানিসোট্রপি বিশ্লেষণকে আরও জটিল করে তোলে। তবে বেশ কিছু মোটামুটি সরল তত্ত্ব রয়েছে যা অন্তত তরল স্ফটিক ব্যবস্থায় দশা রূপান্তরের সাধারণ আচরণের ভবিষ্যদ্বাণী করতে পারে।

ডাইরেক্টর

আমরা আগেই দেখেছি, নেমেটিক তরল স্ফটিক দণ্ড-সদৃশ অণু দ্বারা গঠিত যাদের প্রতিবেশী অণুর দীর্ঘ অক্ষগুলি প্রায় একে অপরের সমান্তরালে সজ্জিত থাকে। এই অ্যানিসোট্রপিক গঠন বর্ণনা করার জন্য, একটি মাত্রাহীন একক ভেক্টর n প্রবর্তন করা হয়, যাকে ডাইরেক্টর বলা হয়, যা যেকোনো বিন্দুর আশেপাশে অণুগুলির পছন্দসই অভিমুখের দিক নির্দেশ করে। ডাইরেক্টর অক্ষ বরাবর কোনো ভৌত মেরুতা না থাকায়, n এবং -n''' সম্পূর্ণ সমতুল্য।

ক্রমায়ন পরামিতি


তরল স্ফটিকের বর্ণনায় ক্রমায়নের একটি বিশ্লেষণ জড়িত। সর্বাধিক সাধারণ দ্বিঅক্ষীয় নেমেটিক তরল স্ফটিকের অভিমুখী ক্রমায়ন বর্ণনা করতে একটি দ্বিতীয় র্যাঙ্কের প্রতিসম ট্রেসলেস টেনসর ক্রমায়ন পরামিতি, কিউ টেনসর ব্যবহার করা হয়। তবে একঅক্ষীয় নেমেটিক তরল স্ফটিকের অধিক সাধারণ ক্ষেত্রে, একটি স্কেলার ক্রমায়ন পরামিতি যথেষ্ট। এটিকে পরিমাণগত করতে, দ্বিতীয় লেজেন্ডার বহুপদী-র গড়ের উপর ভিত্তি করে সাধারণত একটি অভিমুখী ক্রমায়ন পরামিতি সংজ্ঞায়িত করা হয়:

এখানে  হল তরল-স্ফটিকের আণবিক অক্ষ এবং স্থানীয় ডাইরেক্টর-এর (যা একটি তরল স্ফটিক নমুনার আয়তন উপাদানের 'পছন্দসই দিক', এবং এর স্থানীয় আলোকীয় অক্ষ-ও নির্দেশ করে) মধ্যবর্তী কোণ। প্রথম বন্ধনী ⟨⟩ সময়িক ও স্থানিক উভয় প্রকার গড় নির্দেশ করে। এই সংজ্ঞাটি সুবিধাজনক, কারণ সম্পূর্ণ এলোমেলো এবং আইসোট্রপিক নমুনার জন্য S = ০ হয়, যেখানে পুরোপুরি সাজানো নমুনার জন্য S = ১ হয়। একটি সাধারণ তরল স্ফটিক নমুনার জন্য, S-এর মান ০.৩ থেকে ০.৮ এর ক্রমানুসারে হয় এবং তাপমাত্রা বাড়ালে সাধারণত তা হ্রাস পায়। বিশেষ করে, যখন ব্যবস্থাটি একটি এলসি দশা থেকে আইসোট্রপিক দশায় দশা রূপান্তরের মধ্য দিয়ে যায়, তখন ক্রমায়ন পরামিতির মান তীব্রভাবে ০-তে পতিত হতে দেখা যায়। ক্রমায়ন পরামিতি পরীক্ষামূলকভাবে বিভিন্ন পদ্ধতিতে পরিমাপ করা যেতে পারে; উদাহরণস্বরূপ, ডায়াচুম্বকত্ব, দ্বি-প্রতিসরণ, রামন বিক্ষেপণ, এনএমআর এবং ইপিআর ব্যবহার করে S নির্ধারণ করা যায়।

তরল স্ফটিকের ক্রম অন্যান্য জোড় লেজেন্ডার বহুপদী ব্যবহার করেও চিহ্নিত করা যেতে পারে (সমস্ত বিজোড় বহুপদীর গড় শূন্য হয়, কারণ ডাইরেক্টর দুটি বিপরীতমুখী দিকের যেকোনো একটিতে নির্দেশ করতে পারে)। এই উচ্চ-ক্রমের গড়গুলি পরিমাপ করা আরও কঠিন, তবে তারা আণবিক বিন্যাস সম্পর্কে অতিরিক্ত তথ্য প্রদান করতে পারে।

তরল স্ফটিকের বিন্যাস বর্ণনা করতে একটি অবস্থানগত ক্রমায়ন পরামিতিও ব্যবহৃত হয়। এটি একটি নির্দিষ্ট ভেক্টর বরাবর তরল স্ফটিক অণুগুলির ভরকেন্দ্রের ঘনত্বের পরিবর্তন দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। z-অক্ষ বরাবর অবস্থানগত পরিবর্তনের ক্ষেত্রে ঘনত্ব  প্রায়শই নিম্নরূপে দেওয়া হয়:

জটিল অবস্থানগত ক্রমায়ন পরামিতিটি  হিসেবে সংজ্ঞায়িত এবং  হলো গড় ঘনত্ব। সাধারণত শুধুমাত্র প্রথম দুটি পদ রাখা হয় এবং উচ্চতর পদগুলি উপেক্ষা করা হয়, কারণ সাইনোসয়েডাল ফাংশন ব্যবহার করে বেশিরভাগ দশাকে পর্যাপ্তভাবে বর্ণনা করা যায়। একটি পূর্ণাঙ্গ নেমেটিকের জন্য  এবং একটি স্মেকটিক দশার জন্য  জটিল মান গ্রহণ করবে। এই ক্রমায়ন পরামিতির জটিল প্রকৃতি নেমেটিক থেকে স্মেকটিকে দশা রূপান্তর এবং পরিবাহী থেকে অতি-পরিবাহীতে রূপান্তরের মধ্যে অনেক সমান্তরালতা আঁকার সুযোগ দেয়।

অনসেজার হার্ড-রড মডেল

একটি সরল মডেল যা লায়োট্রপিক দশা রূপান্তরের ভবিষ্যদ্বাণী করে তা হল লার্স ওনস্যাগার প্রস্তাবিত হার্ড-রড মডেল। এই তত্ত্বটি একটি আদর্শ সিলিন্ডারের ভরকেন্দ্র থেকে অপরটির নিকটে আসার সময় বাদ পড়া আয়তন বিবেচনা করে। বিশেষভাবে, যদি সিলিন্ডারগুলি একে অপরের সমান্তরালে সজ্জিত থাকে, তবে আগত সিলিন্ডারের ভরকেন্দ্র থেকে খুব কম আয়তনই বাদ পড়ে (এটি অপর সিলিন্ডারের খুব কাছে আসতে পারে)। তবে, যদি সিলিন্ডারগুলি একে অপরের সাথে কিছু কোণে থাকে, তবে সিলিন্ডারটির চারপাশে একটি বৃহৎ আয়তন থাকে যেখানে আগত সিলিন্ডারের ভরকেন্দ্র প্রবেশ করতে পারে না (দুটি আদর্শ বস্তুর মধ্যে হার্ড-রড বিকর্ষণের কারণে)। এইভাবে, এই কৌণিক বিন্যাসটি আগত সিলিন্ডারের নীট অবস্থানগত এনট্রপি-র হ্রাস দেখতে পায় (এটির জন্য কম অবস্থা উপলব্ধ থাকে)।

এখানে মৌলিক অন্তর্দৃষ্টি হলো, যদিও অ্যানিসোট্রপিক বস্তুর সমান্তরাল বিন্যাস অভিমুখী এনট্রপি হ্রাসের দিকে নিয়ে যায়, তবে অবস্থানগত এনট্রপি বৃদ্ধি পায়। তাই কিছু ক্ষেত্রে বৃহত্তর অবস্থানগত ক্রম এনট্রপির অনুকূলে থাকবে। এই তত্ত্বটি এইভাবে ভবিষ্যদ্বাণী করে যে দণ্ড-আকৃতির বস্তুর একটি দ্রবণ পর্যাপ্ত ঘনত্বে একটি নেমেটিক দশায় দশা রূপান্তরের মধ্য দিয়ে যাবে। যদিও এই মডেলটি ধারণাগতভাবে সহায়ক, এর গাণিতিক প্রণয়ন বেশ কিছু অনুমান করে যা বাস্তব ব্যবস্থায় এর প্রয়োগযোগ্যতা সীমিত করে। ফ্লোরি এনট্রপিক নয় এমন প্রভাবগুলি বিবেচনায় আনতে ওনস্যাগার তত্ত্বের একটি সম্প্রসারণ প্রস্তাব করেছিলেন।

মাইয়ার-সাউপ গড় ক্ষেত্র তত্ত্ব

এই পরিসংখ্যানিক তত্ত্বটি, যা আলফ্রেড সাউপ এবং উইলহেল্ম মাইয়ার প্রস্তাব করেছিলেন, সন্নিহিত দণ্ড-সদৃশ তরল স্ফটিক অণুগুলির মধ্যে প্ররোচিত ডাইপোল মুহূর্ত থেকে সৃষ্ট একটি আকর্ষণীয় আন্তঃআণবিক বিভবের অবদান অন্তর্ভুক্ত করে। অ্যানিসোট্রপিক আকর্ষণ প্রতিবেশী অণুগুলির সমান্তরাল বিন্যাসকে স্থিতিশীল করে, এবং তত্ত্বটি তখন আন্তঃক্রিয়ার একটি গড়-ক্ষেত্র গড় বিবেচনা করে। স্ব-সামঞ্জস্যপূর্ণভাবে সমাধান করলে, এই তত্ত্বটি থার্মোট্রপিক নেমেটিক-আইসোট্রপিক দশা রূপান্তরের ভবিষ্যদ্বাণী করে, যা পরীক্ষার সাথে সঙ্গতিপূর্ণ। অণুগুলির নমন দৃঢ়তা অন্তর্ভুক্ত করে এবং পাথ ইন্টিগ্রালের পদ্ধতি ব্যবহার করে মাইয়ার-সাউপ গড় ক্ষেত্র তত্ত্বটি উচ্চ আণবিক ওজনের তরল স্ফটিকের জন্য সম্প্রসারিত করা হয়েছে।

ম্যাকমিলানের মডেল

উইলিয়াম ম্যাকমিলান কর্তৃক প্রস্তাবিত ম্যাকমিলানের মডেল, একটি তরল স্ফটিকের নেমেটিক থেকে স্মেকটিক এ দশায় দশা রূপান্তর বর্ণনা করতে ব্যবহৃত মাইয়ার-সাউপ গড় ক্ষেত্র তত্ত্বের একটি সম্প্রসারণ। এটি ভবিষ্যদ্বাণী করে যে দশা রূপান্তরটি অবিচ্ছিন্ন বা বিচ্ছিন্ন হতে পারে, যা অণুগুলির মধ্যে স্বল্প-পরিসরের আন্তঃক্রিয়ার শক্তির উপর নির্ভর করে। ফলস্বরূপ, এটি একটি ত্রৈধ ক্রান্তি বিন্দুর অনুমতি দেয় যেখানে নেমেটিক, আইসোট্রপিক এবং স্মেকটিক এ দশার মিলন ঘটে। যদিও এটি একটি ত্রৈধ ক্রান্তি বিন্দুর অস্তিত্বের ভবিষ্যদ্বাণী করে, এটি সফলভাবে তার মান নির্ণয় করতে পারে না। মডেলটি দুটি ক্রমায়ন পরামিতি ব্যবহার করে যা তরল স্ফটিকের অভিমুখী এবং অবস্থানগত ক্রম বর্ণনা করে। প্রথমটি হল কেবল দ্বিতীয় লেজেন্ডার বহুপদীর গড় এবং দ্বিতীয় ক্রমায়ন পরামিতিটি নিম্নরূপে দেওয়া হয়:



এখানে zi, θi এবং d'' হল যথাক্রমে অণুর অবস্থান, আণবিক অক্ষ ও ডাইরেক্টরের মধ্যবর্তী কোণ এবং স্তর ব্যবধান। একটি একক অণুর অনুকল্পিত বিভব শক্তি নিম্নরূপে দেওয়া হয়:

এখানে ধ্রুবক α সন্নিহিত অণুগুলির মধ্যে আন্তঃক্রিয়ার শক্তি পরিমাপ করে। এই বিভবটি তখন তাপীয় সাম্যাবস্থা অনুমান করে ব্যবস্থার তাপগতীয় বৈশিষ্ট্যগুলি নির্ণয় করতে ব্যবহৃত হয়। এটি দুটি স্ব-সামঞ্জস্য সমীকরণের জন্ম দেয় যা সংখ্যাগতভাবে সমাধান করতে হবে, যার সমাধানগুলি হল তরল স্ফটিকের তিনটি স্থিতিশীল দশা।

স্থিতিস্থাপক ধারাবাহিকতা তত্ত্ব

এই আনুষ্ঠানিকতায়, একটি তরল স্ফটিক পদার্থকে একটি ধারাবাহিক মাধ্যম হিসেবে বিবেচনা করা হয়; আণবিক বিবরণ সম্পূর্ণভাবে উপেক্ষিত হয়। বরং, এই তত্ত্বটি একটি অনুমিত সজ্জিত নমুনার সাপেক্ষে বিচ্যুতিগুলি বিবেচনা করে। তরল স্ফটিকের বিকৃতিগুলি সাধারণত ফ্রাঙ্ক মুক্ত শক্তি ঘনত্ব দ্বারা বর্ণিত হয়। একটি সজ্জিত নমুনায় তিন ধরনের বিকৃতি ঘটতে পারে: (১) পদার্থের পাকান, যেখানে প্রতিবেশী অণুগুলি সজ্জিত থাকার পরিবর্তে একে অপরের সাপেক্ষে কোণে থাকতে বাধ্য হয়; (২) পদার্থের স্প্লে, যেখানে ডাইরেক্টরের লম্ব দিকে বাঁকানো ঘটে; এবং (৩) পদার্থের বেন্ড, যেখানে বিকৃতিটি ডাইরেক্টর এবং আণবিক অক্ষের সমান্তরাল। এই তিন ধরনের বিকৃতির প্রতিটিই শক্তির ব্যয় ঘটায়। এগুলি হল ডোমেইন প্রাচীর বা আবদ্ধ পাত্রের সীমানা শর্ত দ্বারা প্ররোচিত বিকৃতি। পদার্থের প্রতিক্রিয়াকে তখন তিন ধরনের বিকৃতির সাথে সংশ্লিষ্ট স্থিতিস্থাপক ধ্রুবকের উপর ভিত্তি করে পদে বিভক্ত করা যেতে পারে। স্থিতিস্থাপক ধারাবাহিকতা তত্ত্ব তরল স্ফটিক যন্ত্র এবং লিপিড দ্বিস্তর মডেলিংয়ের জন্য একটি কার্যকর হাতিয়ার।

তরল স্ফটিকের উপর বাহ্যিক প্রভাব

বিজ্ঞানী ও প্রকৌশলীরা বিভিন্ন প্রয়োগে তরল স্ফটিক ব্যবহার করতে সক্ষম হন, কারণ বহিঃস্থ বিচলন তরল স্ফটিক ব্যবস্থার বৃহদাকার বৈশিষ্ট্যগুলিতে উল্লেখযোগ্য পরিবর্তন আনতে পারে। এই পরিবর্তনগুলি প্ররোচিত করতে বৈদ্যুতিক এবং চৌম্বক উভয় ক্ষেত্রই ব্যবহার করা যেতে পারে। ক্ষেত্রগুলির মান, সেইসাথে অণুগুলি সাজানোর গতি, শিল্পের সাথে সম্পর্কিত গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্য। তরল স্ফটিক যন্ত্রে ডাইরেক্টরের নির্দিষ্ট অভিমুখ বাধ্য করার জন্য বিশেষ পৃষ্ঠতল প্রক্রিয়াকরণ ব্যবহার করা যেতে পারে।

বৈদ্যুতিক ও চৌম্বক ক্ষেত্রের প্রভাব

বহিঃস্থ ক্ষেত্র বরাবর ডাইরেক্টরের সাজানোর ক্ষমতা অণুগুলির বৈদ্যুতিক প্রকৃতির কারণে হয়। স্থায়ী বৈদ্যুতিক ডাইপোল সৃষ্টি হয় যখন একটি অণুর এক প্রান্তে নীট ধনাত্মক আধান এবং অপর প্রান্তে নীট ঋণাত্মক আধান থাকে। যখন তরল স্ফটিকে একটি বহিঃস্থ বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র প্রয়োগ করা হয়, তখন ডাইপোল অণুগুলি ক্ষেত্রের দিক বরাবর নিজেদের সাজাতে থাকে।

যদি কোনো অণু স্থায়ী ডাইপোল গঠন নাও করে, তবুও এটি একটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র দ্বারা প্রভাবিত হতে পারে। কিছু ক্ষেত্রে, ক্ষেত্রটি অণুতে ইলেকট্রন ও প্রোটনের সামান্য পুনর্বিন্যাস ঘটায় যার ফলে একটি প্ররোচিত বৈদ্যুতিক ডাইপোল সৃষ্টি হয়। স্থায়ী ডাইপোলের মতো শক্তিশালী না হলেও, বহিঃস্থ ক্ষেত্রের সাথে অভিমুখীকরণ ঘটে।

যেকোনো ব্যবস্থার বহিঃস্থ বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের প্রতি প্রতিক্রিয়া হলো:



যেখানে ,  এবং  হল যথাক্রমে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র, বৈদ্যুতিক সরণ ক্ষেত্র এবং মেরুকরণ ঘনত্বের উপাংশ। ব্যবস্থায় সঞ্চিত বৈদ্যুতিক শক্তি প্রতি আয়তন হলো:



(দ্বিবার আবির্ভূত সূচক -এর উপর সমষ্টি)। নেমেটিক তরল স্ফটিকে, মেরুকরণ এবং বৈদ্যুতিক সরণ উভয়ই বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের দিকের উপর রৈখিকভাবে নির্ভর করে। যেহেতু তরল স্ফটিক -এর প্রতিফলনের সাপেক্ষে অপরিবর্তনশীল, তাই মেরুকরণ ডাইরেক্টরে সম হওয়া উচিত।  প্রকাশের সর্বাধিক সাধারণ রূপ হলো:



(সূচক -এর উপর সমষ্টি) যেখানে  এবং  হল ডাইরেক্টর -এর সমান্তরাল ও লম্ব দিকে বৈদ্যুতিক ভেদনযোগ্যতা। তাহলে শক্তি ঘনত্ব হল (ধ্রুবক পদগুলি বাদ দিয়ে যা ব্যবস্থার গতিবিদ্যায় অবদান রাখে না)



(-এর উপর সমষ্টি)। যদি  ধনাত্মক হয়, তাহলে শক্তির ন্যূনতম মান অর্জিত হয় যখন  এবং  সমান্তরাল হয়। এর অর্থ হলো ব্যবস্থাটি তরল স্ফটিককে বহিঃস্থ প্রয়োগকৃত বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের সাথে সাজাতে অনুকূলতা দেখাবে। যদি  ঋণাত্মক হয়, তাহলে শক্তির ন্যূনতম মান অর্জিত হয় যখন  এবং  লম্ব হয় (নেমেটিকে লম্ব অভিমুখটি অধঃপতিত, যা ঘূর্ণি সৃষ্টি সম্ভব করে)।

পার্থক্য -কে ডাইইলেকট্রিক অ্যানিসোট্রপি বলা হয় এবং এটি তরল স্ফটিক প্রয়োগে একটি গুরুত্বপূর্ণ পরামিতি। বাণিজ্যিক তরল স্ফটিকে  এবং  উভয় প্রকারই বিদ্যমান। ৫সিবি এবং ই৭ তরল স্ফটিক মিশ্রণ দুটি সাধারণভাবে ব্যবহৃত  তরল স্ফটিক। এমবিবিএ একটি সাধারণ  তরল স্ফটিক।

তরল স্ফটিক অণুর উপর চৌম্বক ক্ষেত্রের প্রভাব বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের অনুরূপ। যেহেতু চৌম্বক ক্ষেত্র গতিশীল বৈদ্যুতিক আধান দ্বারা সৃষ্ট, তাই পরমাণুর চারপাশে ইলেকট্রন চলাচলের ফলে স্থায়ী চৌম্বক ডাইপোল উৎপন্ন হয়। যখন একটি চৌম্বক ক্ষেত্র প্রয়োগ করা হয়, তখন অণুগুলি ক্ষেত্রের সাথে সজ্জিত হতে থাকে। তড়িৎ-চৌম্বকীয় বিকিরণ, যেমন অতিবেগুনী-দৃশ্যমান আলো, আলো-সক্রিয় তরল স্ফটিককে প্রভাবিত করতে পারে, যেগুলিতে প্রধানত কমপক্ষে একটি আলোক-সুইচযোগ্য একক থাকে।

পৃষ্ঠতল প্রস্তুতকরণ

বহিঃস্থ ক্ষেত্রের অনুপস্থিতিতে, তরল স্ফটিকের ডাইরেক্টর যেকোনো দিকে নির্দেশ করতে মুক্ত। তবে, ব্যবস্থায় একটি বহিঃস্থ মাধ্যম প্রবর্তন করে ডাইরেক্টরকে একটি নির্দিষ্ট দিকে নির্দেশ করতে বাধ্য করা সম্ভব। উদাহরণস্বরূপ, যখন একটি কাচের নিচের স্তরের উপর একটি পাতলা পলিমার প্রলেপ (সাধারণত একটি পলিইমাইড) ছড়িয়ে একটি কাপড় দিয়ে একক দিকে ঘষা হয়, তখন দেখা যায় যে সেই পৃষ্ঠের সংস্পর্শে থাকা তরল স্ফটিক অণুগুলি ঘষার দিকে সজ্জিত হয়। এর বর্তমানে গৃহীত প্রক্রিয়াটি মনে করা হয় পলিইমাইডের নিকট-পৃষ্ঠ স্তরগুলিতে আংশিকভাবে সজ্জিত পলিমার শৃঙ্খলের উপর তরল স্ফটিক স্তরগুলির একটি এপিট্যাক্সিয়াল বৃদ্ধি।

কয়েকটি তরল স্ফটিক রাসায়নিক একটি 'কমান্ড সারফেস'-এর সাথেও সজ্জিত হয়, যা পরে পোলারায়িত আলোর বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র দ্বারা সজ্জিত হয়। এই প্রক্রিয়াটিকে ফটোঅ্যালাইনমেন্ট বলা হয়।

ফ্রিডেরিকস রূপান্তর

পৃষ্ঠ সংলগ্নতা এবং বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের প্রভাবে উৎপন্ন অভিমুখের মধ্যে প্রতিযোগিতা প্রায়শই তরল স্ফটিক যন্ত্রে কাজে লাগানো হয়। সেই ক্ষেত্রটি বিবেচনা করুন যেখানে তরল স্ফটিক অণুগুলি পৃষ্ঠের সমান্তরালে সজ্জিত এবং একটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র কোষের লম্ব দিকে প্রয়োগ করা হয়েছে। প্রথমে, বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের মান বৃদ্ধি পেলে, সজ্জায় কোনো পরিবর্তন ঘটে না। কিন্তু বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের একটি সীমা মানের পরে, বিকৃতি ঘটে। বিকৃতি ঘটে যেখানে ডাইরেক্টর এক অণু থেকে পরবর্তী অণুতে তার অভিমুখ পরিবর্তন করে। সজ্জিত অবস্থা থেকে একটি বিকৃত অবস্থায় এই ধরনের পরিবর্তনের ঘটনাকে ফ্রিডেরিকস রূপান্তর বলা হয় এবং এটি পর্যাপ্ত শক্তির চৌম্বক ক্ষেত্র প্রয়োগের মাধ্যমেও উৎপাদিত হতে পারে।

ফ্রিডেরিকস রূপান্তর অনেক তরল স্ফটিক ডিসপ্লের পরিচালনার জন্য মৌলিক, কারণ ডাইরেক্টরের অভিমুখ (এবং তাই বৈশিষ্ট্যগুলি) সহজেই একটি ক্ষেত্র প্রয়োগের মাধ্যমে নিয়ন্ত্রণ করা যায়।

কাইরালিটির প্রভাব

ইতিমধ্যে বর্ণিত হিসাবে, কাইরাল তরল-স্ফটিক অণু সাধারণত কাইরাল মেসোদশার সৃষ্টি করে। এর অর্থ হলো অণুতে অবশ্যই কোনো না কোনো প্রকার অসমমিতি বিদ্যমান থাকতে হবে, সাধারণত একটি স্টেরিওজেনিক কেন্দ্র। একটি অতিরিক্ত প্রয়োজনীয়তা হলো ব্যবস্থাটি যেন রেসিমিক না হয়: ডান- ও বাম-হাতি অণুর মিশ্রণ কাইরাল প্রভাবকে বাতিল করবে। তবে, তরল স্ফটিক বিন্যাসের সমবায়ী প্রকৃতির কারণে, অন্যথায় অ্যাকাইরাল একটি মেসোদশায় অল্প পরিমাণ কাইরাল ডোপ্যান্ট প্রায়শই একটি ডোমেনের হাতেশেফা নির্বাচন করতে যথেষ্ট, যা সমগ্র ব্যবস্থাটিকে কাইরাল করে তোলে।

কাইরাল দশাগুলিতে সাধারণত অণুগুলির একটি হেলিকাল পাকান থাকে। এই পাকানের পিচ যদি দৃশ্যমান আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্যের ক্রম অনুসারে হয়, তবে আকর্ষণীয় আলোকীয় ব্যতিচার প্রভাব লক্ষ্য করা যায়। কাইরাল এলসি দশায় সংঘটিত কাইরাল পাকান ব্যবস্থাটিকে ডান- এবং বাম-হাতি বৃত্তীয় পোলারায়িত আলোর প্রতি ভিন্নভাবে প্রতিক্রিয়া দেখাতে বাধ্য করে। এই পদার্থগুলি তাই পোলারায়ন ফিল্টার হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে।

কাইরাল এলসি অণুগুলির পক্ষে মূলত অ্যাকাইরাল মেসোদশা উৎপাদন করাও সম্ভব। উদাহরণস্বরূপ, সাংদ্রতা এবং আণবিক ওজনের নির্দিষ্ট সীমার মধ্যে, ডিএনএ একটি অ্যাকাইরাল লাইন হেক্সাটিক দশা গঠন করবে। একটি সাম্প্রতিক আকর্ষণীয় পর্যবেক্ষণ হল অ্যাকাইরাল এলসি অণু থেকে কাইরাল মেসোদশার গঠন। বিশেষভাবে, বাঁকানো-কেন্দ্রযুক্ত অণু (কখনও কখনও কলা তরল স্ফটিক বলা হয়) এমন তরল স্ফটিক দশা গঠন করতে দেখা গেছে যা কাইরাল। যেকোনো নির্দিষ্ট নমুনায়, বিভিন্ন ডোমেনের বিপরীত হাতেশেফা থাকবে, কিন্তু যেকোনো নির্দিষ্ট ডোমেনের মধ্যে, শক্তিশালী কাইরাল বিন্যাস উপস্থিত থাকবে। এই বৃহদাকার কাইরালিটির আবির্ভাবের প্রক্রিয়াটি এখনও সম্পূর্ণরূপে পরিষ্কার নয়। মনে হয় অণুগুলি স্তরে স্তরে স্তূপাকার হয় এবং স্তরগুলির অভ্যন্তরে একটি হেলে থাকা অবস্থায় নিজেদের সাজায়। এই তরল স্ফটিক দশাগুলি ফেরোইলেকট্রিক বা অ্যান্টি-ফেরোইলেকট্রিক হতে পারে, যার উভয়ই প্রয়োগের দৃষ্টিকোণ থেকে আগ্রহের বিষয়।

একটি কাইরাল ডোপ্যান্ট যোগ করেও একটি দশায় কাইরালিটি সংযুক্ত করা যেতে পারে, যা নিজে এলসি গঠন নাও করতে পারে। টুইস্টেড-নেমেটিক বা সুপার-টুইস্টেড নেমেটিক মিশ্রণে প্রায়শই অল্প পরিমাণে এই ধরনের ডোপ্যান্ট থাকে।

তরল স্ফটিকের প্রয়োগ


তরল স্ফটিক ডিসপ্লেতে তরল স্ফটিকের ব্যাপক ব্যবহার দেখা যায়, যা কোনো বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র-এর উপস্থিতি বা অনুপস্থিতিতে নির্দিষ্ট তরল-স্ফটিক পদার্থের আলোকীয় বৈশিষ্ট্যের উপর নির্ভর করে। একটি সাধারণ যন্ত্রে, একটি তরল স্ফটিক স্তর (সাধারণত ৪ μm পুরু) দুটি ক্রসড (একে অপরের সাথে ৯০° কোণে সজ্জিত) পোলারাইজারের মাঝে অবস্থান করে। তরল স্ফটিকের সজ্জা এমনভাবে বেছে নেওয়া হয় যাতে এর প্রশমিত দশাটি একটি পাকানো দশা হয় (দেখুন টুইস্টেড নেমেটিক ফিল্ড ইফেক্ট)। এই পাকানো দশা প্রথম পোলারাইজারের মধ্য দিয়ে যাওয়া আলোকে পুনরায় সজ্জিত করে, এটিকে দ্বিতীয় পোলারাইজারের মধ্য দিয়ে যেতে দেয় (এবং যদি একটি প্রতিফলক থাকে তবে তা পর্যবেক্ষকের দিকে প্রতিফলিত হয়)। ফলে যন্ত্রটি স্বচ্ছ দেখায়। যখন এলসি স্তরে একটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র প্রয়োগ করা হয়, তখন দীর্ঘ আণবিক অক্ষগুলি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের সমান্তরালে সজ্জিত হতে থাকে, ফলে ধীরে ধীরে তরল স্ফটিক স্তরের কেন্দ্রে পাকান খুলে যায়। এই অবস্থায়, এলসি অণুগুলি আলোকে পুনরায় সজ্জিত করে না, তাই প্রথম পোলারাইজারে পোলারায়িত আলো দ্বিতীয় পোলারাইজারে শোষিত হয় এবং ভোল্টেজ বৃদ্ধির সাথে সাথে যন্ত্রটি স্বচ্ছতা হারায়। এইভাবে, বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র ব্যবহার করে একটি পিক্সেলকে নির্দেশ অনুসারে স্বচ্ছ বা অস্বচ্ছের মধ্যে সুইচ করানো যায়। রঙিন এলসিডি ব্যবস্থাগুলি একই কৌশল ব্যবহার করে, লাল, সবুজ এবং নীল পিক্সেল তৈরি করতে রঙিন ফিল্টার ব্যবহৃত হয়। কাইরাল স্মেকটিক তরল স্ফটিকগুলি ফেরোইলেকট্রিক এলসিডিতে ব্যবহৃত হয় যা দ্রুত-সুইচিং বাইনারি লাইট মডুলেটর। অন্যান্য তরল স্ফটিক-ভিত্তিক আলোকীয় যন্ত্র তৈরি করতেও অনুরূপ নীতি ব্যবহার করা যেতে পারে।

তরল স্ফটিক সুরযোগ্য ফিল্টার তড়িৎ-আলোকীয় যন্ত্র হিসেবে ব্যবহৃত হয়, যেমন হাইপারস্পেকট্রাল ইমেজিং-এ।

থার্মোট্রপিক কাইরাল এলসি যাদের পিচ তাপমাত্রার সাথে দৃঢ়ভাবে পরিবর্তিত হয়, সেগুলো মোটামুটি তরল স্ফটিক থার্মোমিটার হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে, কারণ পিচ পরিবর্তনের সাথে সাথে পদার্থের রঙ পরিবর্তিত হবে। অনেক অ্যাকোয়ারিয়াম এবং পুলের থার্মোমিটারের পাশাপাশি শিশু বা স্নানের জন্য থার্মোমিটারে তরল স্ফটিকের রঙ পরিবর্তন ব্যবহার করা হয়। অন্যান্য তরল স্ফটিক পদার্থ প্রসারিত বা চাপ প্রয়োগ করলে রঙ পরিবর্তন করে। এইভাবে, শিল্পক্ষেত্রে তাপীয় স্পট খুঁজতে, তাপ প্রবাহ ম্যাপ করতে, চাপ বণ্টনের প্রতিমান পরিমাপ করতে ইত্যাদি কাজে তরল স্ফটিক পাত প্রায়শই ব্যবহৃত হয়। তরল আকারে তরল স্ফটিক অর্ধপরিবাহী শিল্পে ব্যর্থতা বিশ্লেষণের জন্য বৈদ্যুতিকভাবে উৎপন্ন তাপীয় স্পট শনাক্ত করতে ব্যবহৃত হয়।

তরল স্ফটিক লেন্স প্রয়োগকৃত ভোল্টেজ বা তাপমাত্রার সাথে তরল স্ফটিক স্তরের প্রতিসরাঙ্ক সূচক সামঞ্জস্য করে আপতিত আলোকে অভিসারী বা অপসারী করে। সাধারণত, তরল স্ফটিক লেন্সগুলি আণবিক অভিমুখ বিন্যস্ত করে একটি প্যারাবোলিক প্রতিসরাঙ্ক বণ্টন উৎপন্ন করে। তাই, একটি সমতল তরঙ্গ তরল স্ফটিক লেন্স দ্বারা একটি প্যারাবোলিক তরঙ্গমুখে পুনরায় আকার ধারণ করে। তরল স্ফটিক লেন্সের ফোকাস দূরত্ব ক্রমাগত সুরযোগ্য হতে পারে যখন বহিঃস্থ বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রটি যথাযথভাবে সামঞ্জস্য করা যায়। তরল স্ফটিক লেন্স এক ধরনের অভিযোজিত আলোকবিজ্ঞান। ইমেজিং ব্যবস্থা ফোকাস সংশোধন, চিত্র সমতল সমন্বয়, বা ক্ষেত্রের গভীরতার পরিসর পরিবর্তন থেকে উপকৃত হতে পারে। তরল স্ফটিক লেন্স মায়োপিয়া এবং প্রেসবায়োপিয়া-র জন্য দৃষ্টি সংশোধন যন্ত্র (যেমন, সুরযোগ্য চশমা এবং স্মার্ট কন্টাক্ট লেন্স) উন্নয়নের জন্য একটি সম্ভাব্য প্রার্থী। একটি আলোকীয় দশা মডুলেটর হিসাবে, একটি তরল স্ফটিক লেন্সের স্থান-ভেদী আলোক পথের দৈর্ঘ্য বৈশিষ্ট্যযুক্ত (অর্থাৎ, তার পিউপিল স্থানাঙ্কের ফাংশন হিসাবে আলোক পথের দৈর্ঘ্য)। বিভিন্ন ইমেজিং ব্যবস্থায়, আলোক পথের দৈর্ঘ্যের প্রয়োজনীয় ফাংশন একটির থেকে অন্যটিতে পরিবর্তিত হয়। উদাহরণস্বরূপ, একটি সমতল তরঙ্গকে একটি বিবর্তন-সীমাবদ্ধ বিন্দুতে অভিসারী করতে, একটি ভৌতভাবে-সমতল তরল স্ফটিক কাঠামোর জন্য, তরল স্ফটিক স্তরের প্রতিসরাঙ্ক সূচক প্যারাক্সিয়াল আসন্নমানে গোলাকার বা প্যারাবোলয়ডাল হওয়া উচিত। চিত্র প্রজেক্ট করা বা বস্তু শনাক্ত করার জন্য, আশা করা যায় যে তরল স্ফটিক লেন্সের তার আগ্রহের রন্ধ্র জুড়ে আলোক পথের দৈর্ঘ্যের অ্যাস্ফেরিক বণ্টন থাকবে। বৈদ্যুতিকভাবে সুরযোগ্য প্রতিসরাঙ্ক সূচক বিশিষ্ট তরল স্ফটিক লেন্সগুলি (তরল স্ফটিক স্তরে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের বিভিন্ন মান প্রয়োগ করে) আগত তরঙ্গমুখ মডুলেট করার জন্য আলোক পথের দৈর্ঘ্যের নির্বিচারে ফাংশন অর্জনের সম্ভাবনা রাখে; বর্তমান তরল স্ফটিক মুক্ত পৃষ্ঠতল আলোকীয় উপাদানগুলি একই আলোকীয় প্রক্রিয়াসম্পন্ন তরল স্ফটিক লেন্স থেকে সম্প্রসারিত হয়েছে। তরল স্ফটিক লেন্সের প্রয়োগের মধ্যে রয়েছে পিকো-প্রজেক্টর, প্রেসক্রিপশন লেন্স (চশমা বা কন্টাক্ট লেন্স), স্মার্টফোন ক্যামেরা, অগমেন্টেড রিয়েলিটি, ভার্চুয়াল রিয়েলিটি ইত্যাদি।

তরল স্ফটিক লেজার বহিঃস্থ দর্পণের পরিবর্তে লেজার মাধ্যমের মধ্যে একটি তরল স্ফটিককে বিতরিত প্রতিক্রিয়া প্রক্রিয়া হিসেবে ব্যবহার করে। তরল স্ফটিকের পর্যায়ক্রমিক ডাইইলেকট্রিক গঠন দ্বারা সৃষ্ট একটি ফোটোনিক ব্যান্ডগ্যাপ-এ নির্গমন একটি নিম্ন-সীমার উচ্চ-আউটপুট যন্ত্র দেয় যা স্থিতিশীল একবর্ণী নির্গমন সম্পন্ন।

পলিমার বিক্ষিপ্ত তরল স্ফটিক (পিডিএলসি) পাত ও রোলগুলি আঠালো-ব্যাকযুক্ত স্মার্ট ফিল্ম হিসাবে পাওয়া যায় যা জানালায় প্রয়োগ করা যেতে পারে এবং গোপনীয়তা প্রদানের জন্য বৈদ্যুতিকভাবে স্বচ্ছ ও অস্বচ্ছের মধ্যে স্যুইচ করা যায়।

অনেক সাধারণ তরল, যেমন সাবান পানি, আসলে তরল স্ফটিক। পানিতে সাবানের সাংদ্রতার উপর নির্ভর করে এটি বিভিন্ন ধরনের এলসি দশা গঠন করে।

তরল স্ফটিক ফিল্ম প্রযুক্তির জগতে বৈপ্লবিক পরিবর্তন এনেছে। বর্তমানে এগুলি ডিজিটাল ঘড়ি, মোবাইল ফোন, ক্যালকুলেটিং মেশিন এবং টেলিভিশনের মতো সবচেয়ে বৈচিত্র্যময় যন্ত্রে ব্যবহৃত হচ্ছে। আলোকীয় স্মৃতি যন্ত্রে তরল স্ফটিক ফিল্মের ব্যবহার, সিডি এবং ডিভিডি-র রেকর্ডিং ও পড়ার অনুরূপ একটি প্রক্রিয়া সহ, সম্ভব হতে পারে।

তরল স্ফটিকগুলি কোয়ান্টাম কম্পিউটার অনুকরণের জন্য মৌলিক প্রযুক্তি হিসাবেও ব্যবহৃত হয়, যেখানে তরল স্ফটিক অণুগুলির অভিমুখ পরিচালনা করতে, তথ্য সংরক্ষণ করতে এবং অন্যান্য অণুর সাথে প্রতিটি ভিন্ন মাত্রার অপ-সজ্জার জন্য একটি ভিন্ন মান এনকোড করতে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র ব্যবহার করা হয়।

আরো দেখুন

• তরল স্ফটিক ছবির পর্দা

তথ্যসূত্র