I cristalli liquidi appartengono a una speciale categoria di materiali detti mesofasi, le cui caratteristiche sono intermedie tra quelle dei solidi cristallini e quelle dei liquidi. Ad esempio, il loro grado d'ordine è intermedio: come nei liquidi, gran parte dell'ordine posizionale risulta perso ma, diversamente dai liquidi, sono sistemi altamente viscosi ed anisotropi, proprietà che normalmente si riscontrano nei solidi. La peculiarità del comportamento fisico dei cristalli liquidi è connessa al fatto che questi sistemi si trovano in realtà in equilibrio tra due configurazioni strutturali stabili. Ciò rende quindi i cristalli liquidi estremamente sensibili a qualunque sollecitazione esterna: minime variazioni di pressione o temperatura possono infatti portarli a convertirsi nell'una o nell'altra fase limite.

Nonostante la scoperta dei cristalli liquidi risalga agli anni '20, la prima molecola con proprietà mesofasiche a temperatura ambiente è stata sintetizzata negli anni '60; la 4-metossibenziliden-4'-butil-anilina (MBBA, vedi figura) ha dato inizio ad un'attività di ricerca sistematica che alla base della moderna tecnologia dei display a cristalli liquidi, ormai sempre più diffusi come alternativa ai LED e agli schermi catodici.

Le due condizioni necessaria affinché una molecola possa dar luogo a un cristallo liquido sono:

- possedere una forte anisotropia geometrica; una molecola lineare (come la MBBA) dà luogo a un cristallo liquido detto calamitico; una molecola planare (piatta) è invece detta discotica;

- avere una struttura chimica tale da permettere l'instaurazione di interazioni intermolecolari che possano garantire un certo parallelismo tra le molecole (e quindi ordine) anche a temperature superiori a quella di fusione del solido. I fattori microscopici che le determinano sono tipicamente la presenza di gruppi polari nella molecola e la sua polarizzabilità.

A seconda del grado d'ordine residuo, il cristallo liquido appartiene a "fasi" diverse, fra le quali possono esistere delle vere e proprie transizioni; per i cristalli liquidi calamitici queste fasi sono la smettica (grado d'ordine maggiore), la nematica e la nematica colesterica. Le fasi più ordinate sono stabili alle temperature più basse. Il seguente disegno da un'idea della variazione di struttura macroscopica:

La fase smettica deriva quasi esclusivamente dal riscaldamento di solidi stratificati: in essa le molecole tendono a restare confinate in strati. In fase smettica qualunque ordine posizionale va perso, ma ciò rende più veloce la risposta a sollecitazioni esterne. Questo il motivo per cui essa è la fase di maggiore interesse tecnologico. La proprietà elettro-ottica che è alla base della tecnologia degli schermi a cristalli liquidi è infatti connessa alla capacità di un campo elettrico di orientare le molecole del cristallo lungo un asse. D'altra parte, se della luce polarizzata incide sul cristallo, l'intensità della radiazione trasmessa varia al variare dell'angolo tra la direzione di polarizzazione della luce incidente e la direzione di polarizzazione del cristallo liquido: se tale angolo è 90 gradi, l'intensità della luce trasmessa è nulla e il pixel appare nero, mentre l'angolo è nullo, l'intensità è massima ed il pixel appare bianco.

Le proprietà ottiche di un cristallo liquido non si fermano tuttavia a questo fenomeno, poiché essi presentano anche fenomeni di birifrangenza, impiegati nella tecnologia dei pannelli a cristalli liquidi a colori.

I cristalli liquidi non hanno nulla a che vedere con i quasicristalli, che sono invece solidi di composti intermetallici in cui gli atomi sono ordinati in una struttura ordinata ben definita ma non periodica. Nei quasicristalli si osservano simmetrie spaziali estese di tipo icosaedrico, ottagonale o dodecagonale che non sono compatibili con la teoria classica dei reticoli cristallini.

Il lettore interessato potrà trovare ulteriori approfondimenti sui cristalli liquidi ai siti:

http:// www.bo.cnr.it/ campuscolloquia/ loreto.htm
http:// www-dft.ts.infn.it/ ~esmargia/ physics/ quasicristalli.html