Physics and applications of
aqueous liquid crystals

Novel topological defects and biocompatibility

As the name liquid crystals suggests, these materials represent a phase that lies between a liquid and a solid crystal. They are commonly found in nature and are now even more familiar through their use in TVs and smartphones.

The type of liquid crystals that our laboratory is particularly interested in — chromonic liquid crystals — form when disk-like or plank-shaped molecules are dissolved in water at high concentrations. These molecules stack together like poker chips to form aggregates, which then spontaneously organize themselves into a liquid crystalline phase. They flow like a liquid, but when you look inside, you find that the molecules are oriented like in a crystal — hence the name liquid crystal.

Chromonic liquid crystals exhibit properties quite distinct from those used in displays, making them an exciting new playground for studying the physics of liquid crystalline order. Because they are water-based, they are also attracting attention for potential applications in biological and engineering fields.

Our lab focuses on how these liquid crystals behave when confined in restricted geometries, particularly on the structures and topological defects that emerge under such conditions.

액정은 liquid (액체) crystals (결정)이라는 이름에서 알 수 있듯이, 액체와 고체결정의 중간에 위치하는 상입니다. 자연계에서 흔히 관찰할 수 있으며, 이제는 TV나 휴대폰에서 더 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 우리 연구실에서 큰 관심을 가지고 있는 Chromonic (크로모닉) liquid crystals은 디스크나 판자 형태의 분자를 물에 고농도로 녹였을 때, 분자들이 포커칩 쌓이듯이 aggregate들을 만들고 이 aggregate들이 자발적으로 배열하여 액정상을 가지게 됩니다. 물처럼 흐르지만, 내부를 들여다 보면 마치 결정처럼 배향이 되어 있어, "액정"이라 불립니다. 디스플레이에 사용되는 액정과는 꽤 다른 특성을 보여주어, 액정을 물리학을 공부하는 새로운 놀이터로 각광을 받고 있으며, 물을 기반으로 한다는 점에서 생물학/공학 분야로의 응용가능성이 주목을 받고 있습니다. 우리 연구실은 이 액정이 제한공간에 놓여있을 때, 어떤 구조와 위상적 결점들을 가지게 되는지에 집중하여 공부하고 있습니다.