Группа ученых из России, Чехии и Германии смогла реализовать и зафиксировать электрическое упорядочение молекул воды, заперев их в нанопорах кристалла берилла. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
В физике твердого тела явление существования электрической упорядоченности — взаимной ориентации электрических дипольных моментов — называется сегнетоэлектричеством. В жидкой воде подобной ориентации не происходит, так как молекулы расположены настолько близко друг к другу, что взаимодействие между ними определяется не дипольной природой, а более короткодействующими водородными связями. Тем не менее, исследователям удалось найти оригинальный способ заставить взаимодействие дипольных моментов молекул воды пересилить водородные связи.
Для этого физики поместили отдельные молекулы H₂O в наноразмерные полости, образованные ионами кристаллической решетки берилла — минерала, принадлежащего к семейству драгоценных камней. В этом материале полости располагаются периодически, что облегчает математический анализ, и на таком расстоянии, при котором водородные связи уже не работают, а диполь-дипольные силы все еще существенны.
«Нашему коллективу впервые удалось реализовать условия для надежного наблюдения взаимной ориентации электрических моментов молекул воды. Что касается практических применений обнаруженного явления, то область возможных приложений может быть весьма обширной. Вдобавок, у исследователей появилась возможность изучить влияние на это явление различных факторов: температуры, давления, ионного окружения, и продвинуться в понимании роли явления в различных процессах живой и неживой природы», — сказал Борис Горшунов, один из участников исследования, руководитель Лаборатории терагерцовой спектроскопии МФТИ.
[Иллюстрации: пресс-служба МФТИ]
