Il cristallo liquido nematico è un liquido traslucido che cambia la polarità delle onde luminose che lo attraversano. La parola “nematico” deriva dalla parola greca per filo e descrive le formazioni filiformi che possono formarsi nel cristallo liquido. I cristalli liquidi nematici sono spesso utilizzati negli schermi a cristalli liquidi (LCD) come quelli degli orologi digitali.
I cristalli liquidi sono uno stadio di fusione intermedio tra uno stato solido e uno stato liquido. Nel 1888, uno scienziato austriaco di nome Freidrich Reinitzer scoprì lo stato mentre conduceva esperimenti su una sostanza chiamata colesterolo benzoato. La sostanza, notò Reinitzer, aveva due punti di fusione distinti. Nel primo è diventato un liquido torbido e nel secondo è diventato trasparente. Le osservazioni di Reinitzer includevano i concetti secondo cui lo stato nuvoloso o cristallino ha cambiato la polarità delle onde luminose che lo attraversano, un concetto imperativo per lo sviluppo degli LCD.
Reinitzer non ha mai sviluppato applicazioni pratiche della tecnologia dei cristalli liquidi e la ricerca sugli stati cristallini è stata in gran parte abbandonata all’inizio del XX secolo. Nel 20, uno scienziato di nome Hans Keller creò con successo una sostanza che si sarebbe cristallizzata nematicamente a temperatura ambiente. Questa scoperta ha portato alla capacità di commercializzare il prodotto e i cristalli nematici sono diventati estremamente utili nella tecnologia degli schermi.
I tre stati della materia che la maggior parte delle persone impara nelle lezioni di scienze sono liquido, gas e solido. Il cristallo liquido è un quarto stato, da qualche parte tra liquidi e solidi, e consente ad alcune forme di materia di attraversarlo. Come le sostanze liquide, le molecole di cristalli liquidi non hanno alcun ordine posizionale, ma come una sostanza solida, le molecole di cristalli liquidi possono avere un ordine organizzativo, nel senso che tendono a puntare verso una direzione nel tempo. Il cristallo liquido nematico è una fase ad alta temperatura del processo di cristallizzazione, in cui le molecole hanno un ordine organizzativo a lungo raggio.
Le onde luminose provenienti da sorgenti luminose naturali o artificiali vibrano in molte direzioni. Se la maggior parte delle vibrazioni tende in una direzione specifica, si dice che la luce è polarizzata. Facendo scorrere le onde luminose attraverso il cristallo liquido nematico, la polarizzazione cambia, tipicamente ruotando di 90 gradi. Se un campo elettrico viene aggiunto alla soluzione cristallina, la direzione e la quantità di polarizzazione possono essere controllate dalla tensione dell’elettricità.
Nella creazione di uno schermo LCD vengono utilizzati due pezzi di vetro polarizzato, uno con un sottile filtro di cristalli liquidi nematici. Il vetro viene poi agganciato a due elettrodi in grado di fornire cariche elettriche. Eseguendo cariche controllate attraverso il vetro, il cristallo liquido nematico si attorciglia e si srotola, lasciando passare solo le aree di luce elettricamente richieste. Gli schermi che utilizzano cristalli liquidi nematici ritorti sono caratteristiche comuni nella tecnologia moderna, utilizzata nei laptop e negli orologi digitali.