YSO Student Chapter

🔬✨ Exploring optics and photonics at BanuGorts Expo 2026!

As part of BanuGorts Expo 2026, organized by ԵՊՀ - Yerevan State University, we took part in an outreach program introducing visitors to the world of light.

During the event, participants had the opportunity to explore hands-on experiments and demonstrations, discover how light behaves, and learn more about the science and technologies behind photonics.


SPIE, the international society for optics and photonics
Optica
Photonics AI Lab

A training from the sensei Astghik Chalyan⚡️

On September 18, our chapter had a training session on the Photonics Explorer Kit with Astghik Chalyan!
Astghik is the CEO of EYEST, the company behind the Photonics Explorer Kit. She played a huge role on the chapter’s development.
It was so exciting to have a training with the guru herself and learn from her experience! She shared lots of valuable insights and ideas about the experiments and activities that can be done with the kit.💡
Thank you, Astghik, for sharing your knowledge and experience with us! ✨

SPIE, the international society for optics and photonics
Optica
ԵՊՀ - Yerevan State University

Three academic years, three first days back together 📸✨

A little tradition of welcoming each new academic year with our chapter family.

Here’s to another year of new memories, events, and good times together! 💫

Optica
SPIE, the international society for optics and photonics
ԵՊՀ - Yerevan State University

MAOP2026!! 🚀
We’re so happy to share some of our favourite moments from !
Our chapter members had the chance to be involved in different parts of the college — from helping with the organisation and lab activities to presenting their scientific and sci-pop articles, as well as the chapter activities during the poster session.⚡️
But we were especially happy to spend these days together with our senior members, our favourite mentor, and all the amazing participants of the college!
Thanks to the entire organising team for giving us this opportunity and for making these days so full of science, new experiences, and great memories! 💫

SPIE, the international society for optics and photonics
Optica
ԵՊՀ - Yerevan State University
Thorlabs
Photonics AI Lab

🚀 Դարձի՛ր գիտության բացահայտողը՝ քո առաջին հետազոտական նախագծով։ Սիրո՞ւմ ես ֆիզիկան, փորձերը և նոր գաղափարները։ Ունե՞ս հետաքրքրություն հասկանալու, թե ի՞նչ է լույսը և ծանոթանալ նրա հետաքրքիր կիրառություններին։

Ֆոտոնիկայի և արհեստական բանականության լաբորատորիան հրավիրում է 10-12-րդ դասարանների աշակերտներին մասնակցելու Բարձրագույն կրթության և գիտության կոմիտե-ի կողմից անցկացվող «Հայկական համադպրոցական գիտության փառատոն 2027»-ին՝ «Ֆիզիկա» անվանակարգում ( https://www.hesc.am/hy/2026/03/28/15478/):
Մենք կօգնենք քեզ իրականացնել քո գիտական գաղափարը՝ ծանոթանալ ֆոտոնիկայի և օպտիկայի աշխարհին, աշխատել հետազոտական միջավայրում:

Փառատոնի ամենամրցունակ գաղափարների հեղինակները հնարավորություն կստանան ներկայացնելու իրենց նախագծերը միջազգային գիտական փառատոններին ՝ ձեռք բերելով միջազգային փորձ և հմտություններ, փոխանակելով հետազոտական գաղափարները աշխարհի տարբեր երկրներից ժամանած իրենց հասակակիցների հետ։

Սա հնարավորություն է՝
🔹 բացահայտելու գիտության իրական աշխարհը,
🔹 աշխատելու գիտնականների հետ,
🔹 զարգացնելու հետազոտական հմտություններդ,
🔹 ներկայացնելու քո գաղափարը մեծ հարթակում։

Եթե ցանկանում ես առաջիկա ամիսներին աշխատել Ֆոտոնիկայի և արհեստական բանականության լաբորատորիայի հետ, լրացրու հարցաթերթիկը մինչև սեպտեմբերի 30-ը`https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSfhovyV6BerE9HY6pA7QxvPhFqfUD8kY_fVhkPjKllArRJzYg/viewform?usp=header։

Սկսի՛ր քո գիտական և նորարարական ճանապարհը հենց հիմա։ 🔬💡

——————-

🚀Become a discoverer of science with your first research project! 🔬💡

Do you love physics, experiments, and new ideas? Are you curious about what is light and its fascinating applications?

The PhotonicsAI Laboratory invites students in grades 10-12 to participate in the “Armenian All-School Science Festival 2027,” organized by HESC, in the Physics category.

🔗 More about the festival: https://www.hesc.am/hy/2026/03/28/15478/

We will help you turn your scientific idea into a research project, explore the world of photonics and optics, and gain experience in a real research environment.

The authors of the most competitive projects will have the opportunity to present their work at international science festivals, gain valuable international experience, exchange ideas with students from around the world, and develop their research skills.

This is your opportunity to:
🔹 discover the real world of science,
🔹 work alongside scientists,
🔹 develop your research and critical-thinking skills,
🔹 turn your idea into a real scientific project,
🔹 present your work on a larger platform.

If you would like to work with the PhotonicsAI Laboratory in the coming months, fill out the form by September 30:

🔗 https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSfhovyV6BerE9HY6pA7QxvPhFqfUD8kY_fVhkPjKllArRJzYg/viewform?usp=header

Start your scientific and innovative journey today! 🚀

Open to Everyone 💥
Fernando Ramiro Manzano | Instituto de Tecnología Química UPV-CSIC, Spain
Wave Physics in motion, from photonic microspheres to Bachata Sensual 🪩
📍 August 21st 2026, 10.50-11.30, Yerevan State University

SPIE, the international society for optics and photonics
Optica
ԵՊՀ - Yerevan State University

Ամեն օր մենք նայում ենք հեղուկ բյուրեղային էկրաններին (Liquid Crystal Displays)՝ սմարթֆոններին, նոութբուքերին, հաշվիչներին, հեռուստացույցներին և թվային ժամացույցներին։ Ի տարբերություն լեդերի, հեղուկ բյուրեղները լույս չեն արտադրում։ Փոխարենը, դրանք գործում են որպես փոքրիկ էլեկտրականորեն կառավարվող բանալիներ, որոնք կարգավորում են, թե որքան լույս է անցնում յուրաքանչյուր պիքսելով։

Մինչև հեղուկ բյուրեղային էկրանների (LCD) տարածված դառնալը, գրեթե բոլոր հեռուստացույցները, համակարգչային էկրանները և շատ գիտական ​​գործիքներ օգտագործում էին կաթոդային ճառագայթային խողովակի (CRT) տեխնոլոգիան (տե’ս նկ.1 ): Չնայած այս էկրանները շատ տարբեր են ժամանակակից հարթ էկրաններից, դրանք հիմնված էին էլեկտրոնների շարժման, էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի, ինչպես նաև էլեկտրոնների լյումինեսցենտ նյութերի հետ փոխազդեցության վրա (լյումինեսցենցիան լույսի արձակումն է նյութի կողմից առանց այն շատ տաքացնելու, այսինքն՝ նյութը սկսում է լուսարձակել ոչ թե այն պատճառով, որ այրվում կամ շիկանում է, այլ որովհետև ստացել է էներգիա մեկ այլ աղբյուրից):
LCD-ի նման միլիոնավոր փոքրիկ պիքսելներ պարունակելու փոխարեն, որոնք անընդհատ փոխում են իրենց օպտիկական հատկությունները, CRT-ն ստեղծում է պատկեր՝ էկրանի վրայով չափազանց մեծ արագությամբ ուղղորդելով էլեկտրոնների շատ նեղ փունջ՝ լուսավորելով մեկ կետը մյուսի հետևից, մինչև ամբողջական պատկերի ձևավորումը:

Ամբողջ էկրանը կառուցվում է մեծ ապակե վակուումային խողովակի մեջ: Վակուումը կարևոր է, քանի որ էլեկտրոնները մշտապես կբախվեին օդի մոլեկուլների հետ, եթե խողովակի ներսում օդ մնար: Այս բախումները կցրեին էլեկտրոնները, կպակասեցնեին նրանց էներգիան և կխանգարեին հստակ պատկերի ձևավորմանը։ Վակուումը թույլ է տալիս էլեկտրոններին ազատ շարժվել խողովակի մի ծայրից մյուսը՝ առանց էներգիայի զգալի կորստի:

CRT տեխնոլոգիայի առավելություններից են լավ գունային պատկերումը, շատ արագ արձագանքման ժամանակը, լավ սև գույնի պատկերումը, և մեծ դիտման անկյունները, ինչը հատկապես հարմար էր արագ շարժվող պատկերների համար, ինչպիսիք են տեսախաղերը և գիտական ​​չափումները:

Չնայած այս առավելություններին, CRT էկրաններն ունեին նաև մի քանի թերություններ: Դրանք մեծ էին, ծանր էին, մեծ ջերմություն էին անջատում և սպառում էին զգալի էլեկտրաէներգիա։ Հաստ ապակե խողովակն անհրաժեշտ էր մթնոլորտային ճնշմանը դիմակայելու համար, քանի որ ներսում վակուում էր: Նաև, եթե ​​նույն պատկերը երկար ժամանակ մնար էկրանին, ֆոսֆորը կարող էր քայքայվել: Բացի այդ, CRT-ները զգայուն էին արտաքին մագնիսական դաշտերի նկատմամբ, որոնք կարող էին շեղել էլեկտրոնային փնջին և փոխել ցուցադրվող պատկերը:

Նրանց փոխարինելու եկան հեղուկ բյուրեղային էկրանները։

Եթե երկու բևեռացուցիչներ տեղադրենք խաչված, ապա նրանց միջով լույսը չի անցնի և մենք կտեսնենք մութ պատկեր։ Հեղուկ բյուրեղային շերտը փոխում է այս վարքագիծը։ Ամենասովորական ոլորված նեմատիկ հեղուկ բյուրեղներում մոլեկուլները դասավորված են պարուրաձև երկու ապակե թիթեղների միջ (ավելի մանրամասն տե՛ս մեր նախորդ հոդվածը)։ Երբ բևեռացված լույսը մտնում է հեղուկ բյուրեղի մեջ, մոլեկուլները կառավարում են լույսի բևեռացումը, ինչը հանգեցնում է նրան, որ բևեռացումը պտտվի մոլեկուլային կողմնորոշման հետ միասին։ Երբ լույսը հասնում է երկրորդ բևեռացուցչին, դրա բևեռացումը փոխվում է և պիքսելը մեզ երևում է պայծառ։
Երբ էլեկտրական լարում է կիրառվում հեղուկ բյուրեղի շերտի վրա, մոլեկուլների դասավորվածությունը սկսում է համաձայնեցվել էլեկտրական դաշտի հետ (տե՛ս նկ.2)։

Կառավարելով կիրառված էլերկտրական լարումը` մոլեկուլները հնարավոր է դառնում պտտել այնքան, ինչքան հարկավոր է: Սա առաջացնում է միջանկյալ լույսի ինտենսիվություններ, թույլ տալով յուրաքանչյուր պիքսելի ցուցադրել բազմաթիվ տարբեր երանգներ, այլ ոչ թե պարզապես սև կամ սպիտակ:

LCD էկրանը պարունակում է միլիոնավոր փոքրիկ պիքսելներ: Յուրաքանչյուր պիքսել բաժանված է երեք ենթապիքսելների, որոնք ունեն կարմիր, կանաչ և կապույտ գույներ: Էկրանի հետևում միատեսակ սպիտակ լույս է: Յուրաքանչյուր ենթապիքսել ինքնուրույն վերահսկում է հաղորդվող լույսի քանակը: Կարգավորելով կարմիր, կանաչ և կապույտ ենթապիքսելների պայծառությունը՝ էկրանը կարող է վերարտադրել միլիոնավոր տարբեր գույներ։

Այս պրոցեսը կառավարում է TFT-ների (Thin-Film Transistor) միջոցով։ Հասկանանք ներսից ինչպես են աշխատում դասական TFT LCD (Thin-Film Transistor Liquid Crystal Display)
էկրանները(տե’ս նկ. 3)։

Ինչպես արդեն նշեցինք, էկրանը ինքնուրույն լույս չի արձակում՝ դրա համար օգտագործվում է հետևի լուսավորության համակարգ՝ LED backlight։ Այդ լույսը անցնում է բևեռացուցչի միջով և դառնում գծային բևեռացած։ Հաջորդ կարևոր բաղադրիչը TFT (Thin-Film Transistor) շերտն է։ Յուրաքանչյուր պիքսելի գույնը ձևավորվում է երեք ենթապիքսելներից՝ կարմիր, կանաչ և կապույտ, որոնց պայծառությունը կառավարվում է TFT-ի միջոցով։ TFT-ն բաղկացած է բարակ թաղանթային տրանզիստորներից, որոնք թույլ են տալիս յուրաքանչյուր ենթապիքսելի համար վերահսկել կիրառվող էլեկտրական ազդանշանը։ Այդ էլեկտրական դաշտը փոխում է տվյալ ենթապիքսելին համապատասխանող հեղուկ բյուրեղի տեղամասի բևեռացման ուղղությունը։ Պատկերի գույնը ձևավորվում է RGB գունային ֆիլտրի (RGB Color Filter) միջոցով։ Սպիտակ LED լույսը պարունակում է տեսանելի սպեկտրի տարբեր բաղադրիչներ, իսկ գունային ֆիլտրը յուրաքանչյուր ենթապիքսելի համար թողնում է կարմիր, կանաչ կամ կապույտ բաղադրիչը։ Երկրորդ բևեռացուցիչը անցկացնում է ստացած լույսի միայն իր առանցքին համապատասխան բևեռացման բաղադրիչը՝ թուլացնելով ենթապիքսելների ինտենսիվությունը։ Այսպիսով, գունային ֆիլտրի և հեղուկ բյուրեղների համատեղ աշխատանքի շնորհիվ հնարավոր է ոչ միայն ստանալ տարբեր գույներ, այլև կառավարել դրանց պայծառությունը։ Օրինակ՝ եթե կարմիր և կանաչ ենթապիքսելները թողնում են մեծ քանակությամբ լույս, իսկ կապույտը գրեթե չի լուսավորվում, աչքը ընկալում է դեղին գույն։ Արդյունքում միլիոնավոր ենթապիքսելների պայծառության տարբեր համակցություններից ձևավորվում է ամբողջական գունավոր պատկերը։

Հեղուկ բյուրեղային էկրանների աշխատանքի ընդհանուր սկզբունքը նույնն է, սակայն տարբեր տեխնոլոգիաներում տարբերվում են հեղուկ բյուրեղների մոլեկուլների դասավորվածությունը և արտաքին էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ դրանց կողմնորոշման փոփոխման եղանակը։ Մոլեկուլների դասավորվածությունն անմիջականորեն ազդում է լույսի բևեռացման, անցնող լույսի ինտենսիվության, դիտման անկյան, կոնտրաստի և արձագանքման ժամանակի վրա։ Այդ պատճառով LCD էկրանների տարբեր տեսակների միջև տարբերությունները կարելի է հասկանալ առաջին հերթին դրանցում հեղուկ բյուրեղների կառուցվածքն ու շարժումը ուսումնասիրելով։

Առաջին և պատմականորեն ամենակարևոր տեխնոլոգիաներից մեկը TN (Twisted Nematic) էկրանն է։ TN-ի կառուցվածքը տե՛ս նկ.1։ Հանգստի վիճակում այն շրջում է բևեռացման ուղղությունը 90°-ով։ TN տեխնոլոգիայի հիմնական առավելություններից մեկը մոլեկուլների կողմնորոշման համեմատաբար արագ փոփոխությունն է, ինչի շնորհիվ նման էկրանները կարող են ունենալ փոքր արձագանքման ժամանակ։ Բացի դրանից, TN պանելների արտադրությունը համեմատաբար պարզ և էժան է, ինչի շնորհիվ դրանք երկար ժամանակ լայնորեն օգտագործվել են համակարգչային էկրաններում և այլ սարքերում։ Սակայն այս տեխնոլոգիան ունի նաև որոշակի թերություններ։ Մոլեկուլների կողմնորոշման երկրաչափությունը հանգեցնում է, դիտման անկյան փոփոխության դեպքում, պատկերի պայծառության և գույների ավելի նկատելի փոփոխության։ TN բջիջում մոլեկուլները աստիճանաբար պտտված են շերտի հաստությամբ։ Երբ նայում ենք ուղիղ, լույսը անցնում է գրեթե ուղղահայաց՝ մոլեկուլների այդ կառուցվածքի նկատմամբ որոշակի երկրաչափությամբ։ Երբ նայում ենք անկյան տակ, լույսը անցնում է թեք ճանապարհով։ Այս դեպքում այն «տեսնում է» մոլեկուլների կողմնորոշման այլ երկրաչափություն։ Հետևաբար լույսի բևեռացման փոփոխությունն այլևս նույնը չէ։ Երկրորդ բևեռացուցիչը այդ փոփոխված բևեռացման համար փոխանցում է այլ քանակությամբ լույս։ RGB ենթապիքսելների հարաբերական ինտենսիվությունների փոփոխությունը փոխում է ընկալվող գույնը։(տե՛ս նկ.3)։
Այդ պատճառով TN դիսփլեյները սովորաբար ունեն ավելի սահմանափակ դիտման անկյուններ և գունային վերարտադրության ավելի ցածր որակ, քան ժամանակակից էկրանները։

STN (Super Twisted Nematic) էկրանները դասական TN-երի ավելի կատարելագործված տարբերակն են(տե՛ս նկ.4):

Այս դեպքում մոլեկուլների ոլորման անկյունը զգալիորեն ավելի մեծ է և կարող է հասնել մոտավորապես 180–270°-ի։ Մոլեկուլների ավելի մեծ պտույտը փոխում է համակարգի օպտիկական հատկությունները և հնարավորություն է տալիս ստեղծել ավելի ընդգծված նկարներ և ավելի հեշտ կառավարել պիքսելները՝ համեմատած սովորական TN-ի հետ։ STN էկրանները լայնորեն կիրառվել են հաշվիչներում, ժամացույցներում, վաղ սերնդի բջջային հեռախոսներում և այլ սարքերում, որտեղ կարևոր էին ցածր էներգիայի սպառումը և կառուցվածքի համեմատաբար պարզ լինելը։ Սակայն այն համեմատաբար դանդաղ է արձագանքում մոլեկուլների վերակողմնորոշմանը, իսկ գունային պատկերի որակը սահմանափակ է։

Մեկ այլ կարևոր տեխնոլոգիա է IPS (In-Plane Switching) էկրանը։ IPS-ի հիմնական առանձնահատկությունն այն է, որ հեղուկ բյուրեղների մոլեկուլները հիմնականում կողմնորոշված են էկրանի մակերևույթին զուգահեռ, իսկ էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ դրանք հիմնականում պտտվում են նույն հարթության մեջ(տե՛ս նկ.5):

IPS-ում էլեկտրոդները դրված են նույն հարթության մեջ։ Այս առանձնահատկությունն էապես տարբերում է IPS-ը TN-ից։ IPS-ի առավելություններից մեկը դիտման լայն անկյունն է։ Քանի որ մոլեկուլների կողմնորոշումը հիմնականում տեղի է ունենում էկրանի հարթության մեջ, դիտորդի դիրքը փոխելիս օպտիկական հատկությունները համեմատաբար քիչ են փոփոխվում։ Դրա շնորհիվ IPS էկրանները սովորաբար ապահովում են գույների ավելի կայուն վերարտադրություն և պատկերի ավելի փոքր աղավաղում տարբեր դիտման անկյուններից։ Այդ պատճառով IPS տեխնոլոգիան լայնորեն օգտագործվում է համակարգիչների էկրաններում, նոթբուքերում, պլանշետներում և այլ սարքերում, որտեղ կարևոր է գունային ճշգրտությունը։ IPS-ի թերություններից է դրա ավելի բարդ կառուցվածքը և արտադրության համեմատաբար բարձր արժեքը։ Բացի դրանից, դասական IPS տեխնոլոգիաները սովորաբար ունեն ավելի ցածր ստատիկ կոնտրաստ (հարաբերություն ամենապայծառ սպիտակ և ամենամուգ սև գույների միջև նույն կադրում)։ Մութ սենյակում ֆիլմ դիտելիս՝ կարող եք նկատել, որ մութ պատկերները լուսավորված են և իդեալական սև չեն։ Այս երևույթը առաջանում է, քանի որ սև լինելու համար հեղուկ բյուրեղի մոլեկուլները պետք է այնպես կողմնորոշվեն, որ առաջին բևեռացուցիչից եկած լույսը ամբողջությամբ արգելափակվի երկրորդ բևեռացուցիչի կողմից, իսկ դրանք իդեալական չեն։ Եվ այդ խնդիրը լուծելու համար ստեղծվել են VA էկրանները։

VA (Vertical Alignment) էկրանների դեպքում, երբ արտաքին էլեկտրական դաշտ չկա, հեղուկ բյուրեղների մոլեկուլները հիմնականում ուղղված են էկրանի մակերևույթին ուղղահայաց(տե՛ս նկ.6)։ Էլեկտրական դաշտի կիրառման դեպքում մոլեկուլները թեքվում են և փոխում իրենց կողմնորոշումը։ Արդյունքում փոխվում են հեղուկ բյուրեղային շերտի օպտիկական հատկությունները և, հետևաբար, էկրանից անցնող լույսի ինտենսիվությունը։ VA տեխնոլոգիայի կարևոր առավելությունը բարձր կոնտրաստն է։ Հանգստի վիճակում՝ առանց արտաքին էլեկտրական դաշտի մոլեկուլների ուղղահայաց դասավորվածությունը թույլ է տալիս սահմանափակել լույսի անցումը, ինչի շնորհիվ հնարավոր է ստանալ շատ մուգ կամ գրեթե սև պատկերներ։ Այդ պատճառով VA էկրանները հաճախ ունեն ավելի խորը սև գույն և բարձր կոնտրաստ՝ համեմատած որոշ IPS և TN էկրանների հետ։ Սակայն մոլեկուլների վերակողմնորոշման առանձնահատկությունների պատճառով որոշ VA էկրաններում մութ երանգների փոփոխությունը կարող է ավելի դանդաղ լինել, և դիտման անկյունը կարող է որոշակիորեն ազդել պատկերի գույնի կամ պայծառության վրա։ Այսպիսով, VA-ն կարելի է դիտարկել որպես փոխզիջում բարձր կոնտրաստի և լայն դիտման անկյան միջև։

Այս հիմնական տեխնոլոգիաների կողքին գոյություն ունեն նաև դրանց բազմաթիվ կատարելագործված տարբերակները, օրինակ՝ MVA (Multi-domain Vertical Alignment), PVA (Patterned Vertical Alignment), S-PVA (Super Patterned Vertical Alignment) և այլն։
Այսպիսով գոյություն չունի LCD-ի մի տեսակ, որը բոլոր պայմաններում գերազանցում է մյուսներին։ Յուրաքանչյուր տեխնոլոգիա իրենից ներկայացնում է օպտիկական, նյութագիտական և տեխնիկական հատկությունների միջև որոշակի փոխզիջում։

Այսպիսով, հեղուկ բյուրեղների պատմությունը միավորում է գիտությունը, երևակայությունն ու ժամանակակից տեխնոլոգիաները։ Այն, ինչ ժամանակին կարող էր լինել միայն հրաշք՝ Էդգար Ալան Պոյի նկարագրած «կախարդական ջուրը», հետագայում դարձավ իրական գիտական երևույթների ուսումնասիրության մաս։ Հեղուկ բյուրեղների յուրահատուկ հատկությունների բացահայտումից և դրանց ուսումնասիրությունից աստիճանաբար ձևավորվեցին տեխնոլոգիաներ, որոնք այսօր դարձել են մեր առօրյայի անբաժանելի մասը։ Այս ճանապարհը ցույց է տալիս, թե ինչպես կարող է բնության մի փոքրիկ և անտեսանելի երևույթ փոխել ժամանակակից աշխարհը։

Հեղինակներ՝ Սյուզաննա Մակարյան, Տաթևիկ Բրսոյան
Խմբագիր՝ Գոռ Չալյան

Հեղու՞կ, թե՞ բյուրեղ 🤔

Եկեք պատկերացնենք, որ 19-րդ դարի ֆանտաստիկ գրականության մեջ նկարագված է մի նյութ, որի օգնությամբ աշխատում են մեր հեռախոսների էկրանները։ Սա անհնարին է թվում, սակայն հենց սրանից է սկսվում ներկայիս ամենատարածված տեխնոլոգիաներից մեկի պատմությունը։ Խոսքը հեղուկ բյուրեղների մասին է։ Սա նյութ է, որը մի կողմից ունի հեղուկներին բնորոշ հատկություններ (որոնցից է մածուցիկությունը), մյուս կողմից պահպանում է բյուրեղի խիստ ներքին կառուցվածքը։ Պինդ մարմիններում մոլեկուլները գտնվում են իրենց հավասարակշռության դիրքերում և միայն փոքրիկ տատանումների են ենթարկվում, դրա համար պինդ մարմիններն ունեն հաստատուն ձև և ծավալ նորմալ պայմաններում։ Հեղուկներում մոլեկուլները շատ մոտ են իրար, բայց շարժվում են նյութի ներսում, այդ պատճառով հեղուկը հոսում է, ունի հաստատուն ծավալ, բայց ընդունում է այն տարայի տեղը, որում գտնվում է։ Հեղուկ բյուրեղներում երկարավուն մոլեկուլները կարող են ազատ շարժվել, ինչպես հեղուկում, բայց միաժամանակ բոլորը նայում են մոտավորապես նույն ուղղությամբ, ինչպես պինդ մարմիններում։ Եկեք հասկանանք, թե ինպես է սա հնարավոր։

Ամեն ինչ սկսվեց 1838 թվականին, երբ հանրահայտ ամերիկացի գրող Էդգար Ալլան Պոն հրատարակեց իր “The Narrative of Arthur Gordon Pym” (Արթուր Գորդոն Պիմի արկածները) պատմվածքը։ Գլխավոր հերոսները հայտնվում են Անտարկտիկայի մի անիրական կղզում, որտեղ ամեն ինչ տարբերվում էր սովորականից. ժայռերը, ծառերը և նույնիսկ գետերի ջուրը։ «Ջուրը» սովորականի նման էր հոսում, թափվում, սակայն այն անգույն չէր։ Շարժվելիս՝ «կախարդական ջուրը» փայլփլում էր տարբեր երանգներով։ Ուսումնասիրություններից հետո հերոսները պարզեցին, որ տարայում այդ «ջուրը» շերտավորվում է և ձևավորում տարբեր գույների հատվածներ։ Հերոսները դանակով անցկացրեցին մեկ գույնի հատվածի երկայնքով, և հատվածի մասնիկները արագ ձգտեցին հետ միանալ։ Երբ դանակով հատեցին երկու գույների սահմանը, դրանք առանձնացան և միայն որոշ ժամանակ անց ետ միացան։ Պոն նկարագում է հեղուկ, որում միջմասնիկային փոխազդեցությունները կախված են ուղղությունից, իսկ դա հակասում է դասական հեղուկների իզոտրոպությանը։

Առաջին անգամ այս երևույթը իրական կյանքում նկատել է ավստրիացի բուսաբան և քիմիկոս Ֆրիդրիխ Ռեյնիցերը 1888 թվականին։ Ռեյնիցերը ուսումնասիրում էր խոլեստերինը և դրա ազդեցությունը բույսերի աճի և զարգացման վրա։ Փորձերի արդյունքում նա սինթեզում է նոր բարդ միացություն՝ խոլեստերիլ բենզոատ (C₃₄H₅₀O₂) : Այդ ժամանակների քիմիկոսի համար նյութի գլխավոր հաստատունը համարվում էր հալման ջերմաստիճանը։ Այն որոշելու համար Ռեյնիցերը աստիճանաբար սկսեց տաքացնել նյութը, բայց նկատեց արտասովոր երևույթ։ Երբ ջերմաստիճանը հասավ 143,5°С, սպիտակ փոշին վերածվեց պղտոր հեղուկի, որը փայլփլում էր ծիածանի բոլոր գույներով՝ կարմիր, կանաչ, երկնագույն, կապույտ և վերջում մանուշակագույն(տե՛ս նկ.1)։ Բայց 178,5°C աստիճանից հետո գույների խաղը ավարտվեց և նյութը դարձավ թափանցիկ հալույթ, նման այլ քիմիական նյութերի հալույթներին։ Այսպիսով կարելի է ասել, որ խոլեստերիլ բենզոատը ունի 2 հալման ջերմաստիճան։ Ռեյնիցերի առաջին միտքն էր, որ իր ստացած նյութը այդքան էլ մաքուր չէ։ Այսինքն սկզբում հալվում է առաջին նյութը, որն ունի ավելի ցածր հալման ջերմաստիճան, իսկ 178,5°C աստիճանում՝ երկրորդը։ Ավելի լավ նյութի կառուցվածքը հասկանալու համար՝ Ռեյնիցերը հալեցրեց նյութը մանրադիտակի սեղանիկի վրա և օգտագործելով բևեռացված լույս, նկատեց հետաքրքիր երևույթ՝ նյութը սկսեց իրեն դրսևորել որպես երկբեկող բյուրեղ։ Երկբեկումը անիզոտրոպ նյութերի հատկություն է, որոնց մեջ լույսի բեկման ցուցիչը կախված է լույսի տարածման ուղղությունից։ Այսպիսի նյութերում կարող է նկատվել լույսի փնջի կիսում՝ երբ նյութով անցնելիս լույսի փունջը բաժանվում է երկու բեկված փնջի (տե՛ս նկ.2)։

Հեղուկ և գազային նյութերը օժտված չեն այս հատկությունով։ Ռեյնիցերը չբավարարվեց փորձի արդյունքերով և օգնության համար դիմեց գերմանացի գիտնական Օտտո Լեմանին: Այդ ժամանակ Լեմանը աշխատում էր արծաթի յոդիդի (AgI) հետ, որը չափազանց պլաստիկ բյուրեղ է։ Տանելով զուգահեռներ իր սեփական փորձերի հետ՝ Լեմանը եզրակացրեց, որ եթե գոյություն ունեն բյուրեղներ որոնք այնքան պլաստիկ են, որ հազիվ են պահում սեփական քաշը, ապա կարելի է ենթադրել, որ գոյություն ունեն բյուրեղներ, որոնք ընդհանրապես չեն պահում իրենց ձևը։ Այս եզրույթներով Լեմանը 1889 թվականին հրապարակում է “Über flüssige Kristalle” («Հեղուկ բյուրեղների մասին») հոդվածը, որը առաջին հայացքից հեղափոխական միտք էր, սակայն, Լեմանի որոշ մտքեր շատ ծայրահեղ էին։ Նա ուզում էր ստեղծել նոր ֆիզիկա,
պնդել, որ պոլիմորֆիզմ գոյություն չունի՝ ջուրն ու սառույցը տարբեր քիմիական նյութեր են։ Իր գաղափարի համար նա փորձեց քանդել ամբողջ ֆիզիկայի հիմքը և դա առաջացրեց բազմաթիվ դժգոհություններ։ Լեմանի մոդելի մեջ կային ակնհայտ սխալներ։ Նա պնդում էր, որ մոլեկուլների տարածական ցանցը անպայման հատկանիշ չէ բյուրեղների համար, համարում էր, որ բյուրեղները կարող են լինել պինդ և ոչ միայն, որ արծաթի յոդիդը ու խոլեստերիլ բենզոատը նույն տիպի նյութ են՝ հեղուկ բյուրեղ։ Լեմանը ասում էր, որ խոլեստերիլ բենզոատի մեջ տեսնում է մանր բյուրեղիկներ։ Մինչ դեռ իրականում տարածական ցանցը հանդիսանում է բյուրեղի անպայման հատկանիշ, իսկ պլաստիկ դեֆորմացիաները առաջանում են, երբ ցանցի շերտերը տեղաշարժվում են միմյանց նկատմամբ։ Արծաթի յոդիդը բյուրեղ է, որտեղ այդ տեղաշարժերը կատարվում են բավականին հեշտ և կապ չունի հեղուկ բյուրեղների հետ։ Եվ վերջապես խոլեստերիլ բենզոատը իր մեջ չի պարունակում փոքր բյուրեղիկներ, նյութն ինքն իրեն հանդիսանում է հեղուկ բյուրեղ, թեկուզ և ոչ համասեռ։

Տարիների ընթացքում գրեթե ոչ ոք ուշադրություն չէր դարձնում հեղուկ բյուրեղների տեսության վրա։ Որոշ նշանավոր գիտնականներ, այդ թվում Հենրիխ Քվինկեն, Գուստավ Թամմանը, Վալտեր Նեռնստը հերքում էին հեղուկ բյուրեղների գոյությունը։ Այս վեճը հասավ իր գագաթնակետին 1905 թվականի ապրիլի 3-ին Գերմանական Բունզենի անվան քիմիկոսների ընկերակցության նիստին, որտեղ Թամմանը բավականին կոպիտ կերպով անդրադարձավ Լեմանի ամբողջ գիտական գործունեությանը։ Արդյունքում Լեմանի գործերը դրվեցին կասկածի տակ, նրան զրկեցին ֆինանսավորումից, նոր հոդվածները սկսեցին չհրապարակել։

Հեղուկ բյուրեղներին այս վիճակից դուրս հանեցին ֆիզիկոս Ռուդոլֆ Շենկը և քիմիկոս Դանիել Ֆորլենդերը։ Շենկը մանրակրկտորեն մաքրեց նյութը և ապացուցեց, որ խառնուրդներ չկան՝ դրանով գիծ քաշեց Թամմանի վարկածի վրա։ Իսկ Ֆորլենդերը սինթեզեց հարյուրավոր նոր միացություններ և նկատեց օրինաչափություն, որ հեղուկ բյուրեղներ առաջացնում են միայն ձգված պինդ մոլեկուլները։ Այսպես երկարատև պայքարից հետո հեղուկ բյուրեղների տեսությունը իր տեղը գտավ միայն 20-րդ դարի ֆիզիկայում։

Հաջորդ քայլն էր միասնական տեսության կառուցումը։ Եվ դա արեց ֆրանսիացի գիտնական Գեորգ Ֆրիդելը 1922 թվականին։ Նա առաջարկեց հրաժարվել հեղուկ բյուրեղ տերմինից։ Եթե տարածական ցանց չկա, ապա այն բյուրեղ չէ։ Ֆրիդելը ներմուծեց նոր տերմին՝ մեզոմորֆ վիճակ, որը միջանկյալ տեղ է զբաղեցնում հեղուկների և բյուրեղների մեջ։ Ստեղծեց նոր դասակարգման եղանակ՝ կախված մոլեկուլների դասավորվածությունից և համաչափությունից։
Այժմ տարբերակում են հեղուկ բյուրեղների հիմնական երեք վիճակներ.
Նեմատիկ հեղուկ բյուրեղներ - մոլեկուլները հակված են զուգահեռ լինելու, բայց դրանց դիրքերը պատահական են նյութի ծավալում (տե՛ս նկ.3ա),
Սմեկտիկ հեղուկ բյուրեղներ - մոլեկուլների կենտրոնները դասավորված են զուգահեռ շերտերով, բայց շերտերի ներսում դրանք ունեն պատահական դիրքեր (տե՛ս նկ.3բ),
Խոլեստերիկ հեղուկ բյուրեղներ - մոլեկուլների ուղղվածությունը ենթարկվում է պարուրաձև պտույտի մի առանցքի շուրջ (տե՛ս նկ.3գ):

Հեղուկ բյուրեղային փուլը գոյություն ունի միայն որոշակի ջերմաստիճանային միջակայքում։ Օրինակ, դիտարկենք պինդ մարմնից անցումը նեմատիկ հեղուկ բյուրեղի, ապա՝ իզոտրոպ հեղուկի։ Ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց սկզբում քայքայվում է պինդ մարմնի բյուրեղային ցանցը, սակայն մոլեկուլները դեռ շարունակում են պահպանել ընդհանուր ուղղվածությունը (հեղուկ բյուրեղ)։ Ավելի բարձր ջերմաստիճանում այդ ուղղվածությունը վերանում է և նյութը դառնում է սովորական հեղուկ։ Այս անցումները կոչվում են փուլային անցումներ։ Հեղուկ բյուրեղներում օգտագործվում է կարգավորվածության պարամետրը` S: Այն ցույց է տալիս, թե որքանով են մոլեկուլները լավ դասավորված։ Եթե S=1, ապա բոլոր մոլեկուլները լրիվ զուգահեռ են, եթե S=0, ապա գործ ունենք սովորական հեղուկի հետ։ Նեմատիկ հեղուկ բյուրեղներում սովորաբար S-ը 0.3-0.8 է։ Սմեկտիկներում մոլեկուլները ոչ միայն ունեն ընդհանուր ուղղվածություն, այլ նաև ունեն լրացուցիչ շերտային կարգավորվածություն, հետևաբար S-ը ավելի բարձր է` 0.6-0.9: Խոլեստերիկների դեպքում կարգավորվածությունը յուրաքանչուր շերտում գրեթե նույնն է, ինչ սմեկտիկների մոտ։

Գոյություն ունի ուղղվածության վեկտոր՝ n, այն ցույց է տալիս, թե մոլեկուլները, որ ուղղությամբ են դասավորված (տե՛ս նկ.4):
Խոլեստերիկներում n-ը անընդհատ փոխվում է մեկ դիրքից մյուսը։ Մոլեկուլները տեղայնորեն դասավորված են, բայց դրանց նախընտրելի կողմնորոշումը աստիճանաբար պտտվում է տարածության մեջ՝ ձևավորելով պարույր։ p-ն առանցքի ուղղության երկայնքով հեռավորությունն է, որի վրա մոլեկուլների կողմնորոշումը պտտվում է լրիվ 360°-ով (կամ 2π ռադիան) և վերադառնում է նույն ուղղությամբ: Նկարում p/2 է` այս հեռավորության վրա մոլեկուլային կողմնորոշումը պտտվում է 180°-ով (π ռադիան):

Սակայն պետք է նշել, որ n և -n վեկտորները ֆիզիկապես համարժեք են։ Առաջին հայացքից ահեթեթություն է թվում։ Ֆերոմագնիսներում ատոմները պահում են իրենց փոքր մագնիսական սլաքների նման՝ ունեն հստակ լիցքավորված ծայրեր, եթե դրանք պտտենք 180°-ով, համակարգի ֆիզիկական վիճակը հիմնովին կփոխվի՝ մագնիսի բևեռները կշրջվեն։ Իսկ հեղուկ բյուրեղների ձգված մասնիկները օժտված են սիմետրիկությամբ, և եթե այն շրջենք ապա այն կզբաղեցնի նույն տարածքը և նույն կերպ կփոխազդի հարևան մասնիկների հետ։ Այսպիսով n վեկտորը, առանցք է, որին զուգահեռ շարված են մասնիկները։

Այժմ եկեք հասկանանք, թե ինչու ենք մենք տեսնում այսպիսի հետաքրքիր գունախաղեր, երբ հեղուկ բյուրեղով լույս է անցնում (տե՛ս նկ.5)։

Սա օպտիկական անիզոտրոպություն է՝ միջավայրի հատկությունները կախված են ուղղությունից։ Սովորական ապակով կամ ջրով անցնելիս՝ ջուրը տարածվում է նույն արագությամբ (անկախ, թե որ կողմից է ընկնում)։ Այս նյութերն իզոտրոպ են։ Լույսը էլեկտրամագնիսական ալիք է ( https://www.facebook.com/share/v/1FaD77oazq/ ), երբ այդ ալիքն անցնում է մոլեկուլով այն ստիպում է դրա էլեկտրոններին տեղաշարժվել։ Քանի որ մոլեկուլները ձգված են, ապա էլեկտրոններն ավելի հեշտ է տեղաշարժել մեծ առանցքով, քան թե փոքր։ Սրա պատճառով լույսը, որը տատանվում n-ի ուղղությամբ և լույսը, որը տատանվում է n-ին ուղղահայաց, կենթարկվել տարբեր դիմադրությունների՝ կունենան տարբեր արագություններ։ Ինչպես արդեն վերևում նշվեց, այս երևույթը կոչվում է լույսի երկբեկում։ Լույսը բաժանվում է 2 մասի՝ սովորական (ordinary) և արտասովոր (extraordinary), որոնք ունեն տարբեր փուլեր։

Այս երևույթը ավելի լավ հասկանալու համար ուսումնասիրենք խաչված բևեռացուցիչների փորձը։ Բևեռացուցիչը դա ֆիլտր է, որը բաց է թողնում միայն մեկ հարթությունով տատանվող լույս։ Այսինքն եթե վերցնենք երկու այդպիսի ֆիլտր և մեկը պտտենք 90°-ով, ապա լույս չի անցնի։ Այդ երկու բեևեռացուցիչների միջև կաթացնենք հեղուկ բյուրեղ։ Կնկատենք, որ 2-րդ բևեռացուցիչից լույս է անցնում։ Ուղղահայաց բևեռացված լույսը անցնում է առաջին բևեռացուցիչով, մտնում հեղուկ բյուրեղ, բաժանվում 2 մասի, դրանց փուլերը շեղվում են, ելքում այդ 2 ալիքները ձևավորում են նոր ալիք, որի բևեռացումը այլևս ուղղահայաց չէ։ Եվ երբ այդ ալիքը անցնում է 2-րդ բևեռացուցիչով այն չի մարում։ Բևեռացման փոփոխման անկյունը կախված է բյուրեղի հաստությունից և ալիքի երկարությունից։ Այսինքն տարբեր գույնի լույսեր տարբեր ազդեցության են ենթարկվում հեղուկ բյուրեղում՝ տարբեր անկյուններով են պտտվում։ Արդյունքում նետելով սպիտակ լույս, դրա որոշ բաղադրիչներ կանցնեն, որոշները՝ ոչ և ելքում կտեսնենք գունավոր պատկերներ։ Իսկ սև բծերը առաջանում են այն հատվածներում, որտեղ n վեկտորը զուգահեռ է բևեռացուցիչներից մեկին։ Այդ հատվածում լույսը չի բաժանվում, չի փոխում բևեռացումը և արգելակվում է։ Կարող ենք եզրակացնել, որ անցած լույսը ամբողջությամբ կախված է n վեկտորից։

Հեղուկ բյուրեղները ֆունկցիոնալ նյութեր են, որոնք ունեն լայն կիրառություններ ժամանակակից տեխնոլոգիաներում։ Նրանց մոլեկուլների մասնակի կարգավորվածությունը առաջացնում է անիզոտրոպ ֆիզիկական և օպտիկական հատկություններ, որոնք հնարավոր է կառավարել արտաքին դաշտեր կիրառելով։

Հեղուկ բյուրեղների մոլեկուլները փոխում են իրենց ուղղվածությունը, երբ ենթարկվում են որևէ ուժի։ Օրինակ, եթե 2 ապակե թիթեղներ շփենք մի ուղղությամբ, և դրանց ներսում լցնենք հեղուկ բյուրեղի բարակ շերտ, ապա դրա մոլեկուլները կկողմնորոշվեն շփման ուղղությամբ։(տե՛ս նկ.5ա)
Իսկ եթե այդ ապակիները շփենք ուղղահայաց ուղղություններով, ապա դա կհանգեցնի հեղուկ բյուրեղների պարուրաձև պտույտի, որը նման է խոլեստերիկ հեղուկ բյուրեղների բնական ոլորմանը։(տե՛ս նկ.5բ)

Իրական տեխնոլոգիական հեղաշրջումը սկսվեց, երբ մարդիկ հասկացան ինչպես կառավարել n վեկտորը։ Հեղուկ բյուրեղում գործում են առաձգական ուժեր, որոնք ձգտում մոլեկուլներին զուգահեռ պահել։ Այդ առաձգական ուժերը հաղթահարելու համար մեծացնենք էլեկտրական դաշտի լարվածությունը և որոշակի սահմանից հետո մոլեկուլները կսկսեն թեքվել։ Այս տրամաբանությամբ են աշխատում մեր համակարգիչների, հեռախոսների հեռուստացույցների էկրանները, որոնց ավելի մանրամասն կծանոթանանք հաջորդ հոդվածի շրջանակներում։

Հեղինակ` Syuzanna Makaryan
Խմբագիր` Tatevik Brsoyan