Amorfsed tahked ained ja vedelkristallid

Tahkeid materjale eeldatakse sageli vaikimisi kristallilistena, kuid üks tehnoloogiliselt tähtis tahkete ainete klass — klaasid esikohal — ei oma pika ulatusega perioodilist aatomstruktuuri, mis määratleb tõelise kristalli. Klaas tekib, kui vedelikku jahutatakse piisavalt kiiresti, et selle aatomitel või molekulidel ei ole aega end ümber korraldada korrastatud, perioodiliseks võreks, mida kristall nõuab, enne kui materjal muutub edasiseks ümberkorraldamiseks liiga jäigaks; korrastamata, vedelikutaoline kohalik struktuur on sisuliselt paigale külmunud. See on põhjus, miks klaasi kirjeldatakse sageli ülejahutatud või peatatud vedelikuna: struktuurselt, aatomite paigutuse tasandil, sarnaneb see rohkem vedelikuga kui kristalliga, kuigi mehaaniliselt käitub see toatemperatuuril jäiga tahke ainena, suutmata mitte üheski praktilises ajaskaalas voolata. See, kas antud materjal moodustab jahutamisel klaasi või kristalli, sõltub kriitiliselt jahutuskiirusest, mitte ainult koostisest — jahuta täpselt sama sulanud materjali piisavalt aeglaselt ja see saab selle asemel kristalliseeruda, kui aatomitele antakse aega leida tee korrastatud võresse; jahuta seda piisavalt kiiresti ja klaasi teke on soodustatud. See kineetiline (kiirusest sõltuv) päritolu, mitte fikseeritud termodünaamiline eelistus, on määrav tunnus, mis eristab amorfseid tahkeid aineid kristallidest.

Vedelkristallid hõivavad tõeliselt eraldiseisva vahepealse ala tavaliste vedelike ja kristalliliste tahkete ainete vahel, selle asemel et olla kumbki neist. Teatud pikliku, vardakujulise kujuga molekulid saavad õigetes temperatuuri- ja kontsentratsioonitingimustes voolata ja positsiooniliselt ümber korralduda täpselt nagu tavaline vedelik — pika ulatusega positsioonilist korrastatust ei ole ja materjalil puudub oma fikseeritud kuju — säilitades samal ajal osalise orientatsioonilise korrastatuse: naabermolekulide pikad teljed kalduvad keskmiselt osutama ligikaudu samas suunas, kuigi molekulide keskmed on vabad üksteisest mööda liikuma. See osaline korrastatus on vahepealne täielikult korrastamata vedeliku (positsioonilist ega orientatsioonilist korrastatust ei ole) ja täielikult korrastatud kristalli (nii positsiooniline kui orientatsiooniline korrastatus) vahel, mis on täpselt põhjus, miks vedelkristalle kirjeldatakse eraldiseisva aine faasina (mesofaas), mitte kummagi vedeliku ega tahke ainena tavalises mõttes.

See säilinud orientatsiooniline korrastatus ongi see, mis teeb vedelkristallid kasulikuks: kuna molekulid on juba osaliselt joondatud, saab väline elektriväli need kollektiivselt ümber orienteerida ja see kollektiivne ümberorienteerumine muudab seda, kuidas materjal suhtleb polariseeritud valgusega — vedelkristallekraanide tööpõhimõte, mis lülitab piksleid valgust blokeerivate ja valgust läbilaskvate olekute vahel, kontrollides elektriliselt kohalikku molekulaarset orientatsiooni, kasutades ära täpselt seda osalist korrastatust, mis eristab vedelkristalli tavalisest, täielikult korrastamata vedelikust.