Le cristal liquide nématique est un liquide translucide qui modifie la polarité des ondes lumineuses qui le traversent. Le mot « nématique » vient du mot grec pour fil et décrit les formations filiformes qui peuvent se former dans les cristaux liquides. Les cristaux liquides nématiques sont fréquemment utilisés dans les écrans à cristaux liquides (LCD) tels que ceux des montres numériques.
Les cristaux liquides sont une étape de fusion intermédiaire entre un état solide et un état liquide. En 1888, un scientifique autrichien nommé Freidrich Reinitzer a découvert l’État alors qu’il menait des expériences sur une substance appelée benzoate de cholestérol. La substance, remarqua Reinitzer, avait deux points de fusion distincts. Dans le premier, il est devenu un liquide trouble et dans le second, il est devenu transparent. Les observations de Reinitzer comprenaient les concepts selon lesquels l’état nuageux ou cristallin modifiait la polarité des ondes lumineuses qui le traversaient, un concept impératif pour le développement de l’écran LCD.
Reinitzer n’a jamais développé d’applications pratiques de la technologie des cristaux liquides, et la recherche sur les états cristallins a été largement abandonnée au début du 20e siècle. En 1969, un scientifique nommé Hans Keller a réussi à créer une substance qui cristalliserait nématiquement à température ambiante. Cette découverte a permis de commercialiser le produit et les cristaux nématiques sont devenus extrêmement utiles dans la technologie des écrans.
Les trois états de la matière que la plupart des gens apprennent en cours de sciences sont le liquide, le gaz et le solide. Le cristal liquide est un quatrième état, quelque part entre les liquides et les solides, et permet à certaines formes de matière de le traverser. Comme les substances liquides, les molécules de cristal liquide n’ont pas d’ordre de position, mais comme une substance solide, les molécules de cristal liquide peuvent avoir un ordre organisationnel, ce qui signifie qu’elles ont tendance à pointer dans une direction au fil du temps. Le cristal liquide nématique est une phase à haute température du processus de cristallisation, où les molécules ont un ordre d’organisation à longue distance.
Les ondes lumineuses provenant de sources lumineuses naturelles ou artificielles vibrent dans de nombreuses directions. Si la plupart des vibrations tendent dans une direction spécifique, la lumière est dite polarisée. En faisant passer des ondes lumineuses à travers des cristaux liquides nématiques, la polarisation change, généralement en tournant de 90 degrés. Si un champ électrique est ajouté à la solution cristalline, la direction et la quantité de polarisation peuvent être contrôlées par la tension électrique.
Pour créer un écran LCD, deux morceaux de verre polarisé sont utilisés, l’un avec un fin filtre de cristal liquide nématique. Le verre est alors accroché à deux électrodes qui peuvent fournir des charges électriques. En faisant passer des charges contrôlées à travers le verre, les cristaux liquides nématiques se tordent et se détordent, ne laissant passer que les zones de lumière électriquement sollicitées. Les écrans utilisant des cristaux liquides nématiques torsadés sont des caractéristiques courantes de la technologie moderne, utilisés dans les ordinateurs portables et les horloges et montres numériques.