При этом вода становится высокопроводящей, что приводит к быстрому движению протонов.
Исследователи из Кембриджского университета обнаружили, что вода в виде одного молекулярного слоя не похожа ни на жидкость, ни на твердое тело. Более того, при экстремальных давлениях такая среда становится электропроводящей. Обычно вода расширяется при замерзании и имеет высокую температуру кипения. Однако результаты нового исследования показывают, что при сжатии воды до размеров наноуровня ее свойства кардинально меняются.
Данные результаты были опубликованы в журнале Nature 14 сентября.
До сих пор не удавалось досконально понять поведение воды из-за трудностей с экспериментальным определением характеристик ее наноразмерных фаз. Однако группа специалистов из Кембриджа рассказала о том, как им удалось с необычайной точностью предсказать фазовую диаграмму слоя воды толщиной в одну молекулу.
Гексатическая и суперионная фазы
Ученые обнаружили, что вода, содержащаяся в слое толщиной всего в одну молекулу, проходит через несколько фаз, включая "гексатическую" и " суперионную" фазы.
В гексатической фазе вода ведет себя как некое переходное состояние, не являясь ни твердым телом, ни жидкостью. При более высоком давлении, во время суперионной фазы, вода становится высокопроводящей, и протоны быстро пролетают через лед, подобно движению электронов в проводнике.
"Гексатическая фаза - не твердое тело и не жидкость, а промежуточное состояние, что согласуется с предыдущими теориями о двумерных материалах", - сказал доктор Венкат Капил из Кембриджского химического факультета имени Юсуфа Хамида, первый автор статьи.
"Наш подход предполагает, что эту фазу можно наблюдать экспериментально, заключив воду в графеновый канал".
"Существование суперионной фазы в легкодоступных условиях является необычным, поскольку эта фаза обычно встречается в экстремальных условиях, таких как ядра Урана и Нептуна. Один из способов представить себе эту фазу заключается в том, что атомы кислорода образуют твердую решетку, а протоны текут через решетку как жидкость, подобно детям, бегущим по лабиринту", - добавил он.
Источники: Journal Nature
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05036-x
Новости