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F.A.Z. v. 13.10.1999

Klingender Flüssigkristall

Elektrische Schwingungen erzeugen einen hörbaren Schall / Von Rainer Scharf

Flüssigkristalle bestehen aus stäbchenförmigen Molekülen. Dies verleiht ihnen ungewöhnliche Eigenschaften. Die Moleküle, die wie in einer Flüssigkeit mehr oder weniger regellos positioniert sind, haben alle die gleiche Ausrichtung. Durch ein elektrisches Feld kann man diese beeinflussen und die Stäbchen in eine gewünschte Richtung orientieren. Dabei ändern sich die optischen Eigenschaften des Flüssigkristalls, wie es jeder von entsprechenden digitalen Anzeigen kennt. Wissenschaftler von der Pennsylvania State University haben jetzt entdeckt, daß man mit elektrischen Feldern auch akustische Effekte in Flüssigkristallen hervorrufen kann.

Wie Young Jin Kim und Jay Patel berichten, beginnt ein mit flüssigkristallinem Material gefüllter Behälter hörbar zu schwingen, wenn man ein elektrisches Wechselfeld geeigneter Frequenz anlegt ("Applied Physics Letters", Bd. 75, S. 1985). Dazu reicht eine elektrische Spannung von einigen Volt aus. Mit einer normalen Flüssigkeit läßt sich auf diese Weise kein Schall erzeugen, wie ein Vergleichstest ergeben hat.

Die Wissenschaftler haben für das Phänomen auch eine Erklärung gefunden: Wenn die Stäbchenmoleküle einem elektrischen Feld ausgesetzt sind, das hinreichend stark ist, so werden sie aus ihrer ursprünglichen Orientierung herausgedreht. In einem zeitlich periodischen Feld ändern die Moleküle ihre Orientierung jeweils zweimal während einer Schwingungsperiode des Feldes. Wenn die Moleküle ihre ursprüngliche Orientierung aufgeben, sind sie lockerer gepackt und benötigen geringfügig mehr Platz. Dies führt dazu, daß sich der Flüssigkristall ausdehnt, und zwar zweimal während jeder Schwingung des elektrischen Feldes. Der Flüssigkristall schwingt also doppelt so schnell wie das auf ihn wirkende elektrische Feld. Gerät der Behälter, in dem sich der Flüssigkristall befindet, mit dieser kollektiven molekularen Schwingung in Resonanz, so vernimmt man einen deutlichen Ton. Dessen Frequenz ist doppelt so groß wie die des elektrischen Feldes. Messungen der Schallfrequenz haben dies bestätigt. 
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