Используя передовую спектроскопию и машинное обучение, ученые обнаружили, что структура воды сохраняет «нормальное» поведение вплоть до толщины менее одного нанометра — значительно тоньше, чем считалось ранее.
Исследователи из Института полимерных исследований Общества Макса Планка изменили представления о том, как ведет себя вода в пространстве атомного масштаба. Наблюдения показали: лишь при уменьшении слоя до ангстремных размеров свойства воды начинают заметно меняться, хотя раньше предполагалось, что это происходит при гораздо большей толщине.
Чтобы изучить слой в несколько молекул, физики создали наноразмерное капиллярное устройство, удерживая воду между слоем графена и подложкой из фторида кальция. Свойства зажатой воды исследовали с помощью вибрационной поверхностно-специфической спектроскопии.
Даже при толщине в три молекулярных слоя — едва превышающей размер самих молекул — вода вела себя как обычная жидкость. Это открытие существенно сужает диапазон условий, при которых наноограничение радикально меняет ее свойства.
Иллюстрация тонкого слоя воды, зажатого между графеном и фторидом кальция. Изображение: Max Planck Institute for Polymer Research
Моделирование с использованием ИИ подтвердило данные спектроскопии. Результаты важны для нанофлюидики, геологии, биологии и разработки передовых материалов. Анализ показывает, что большая часть наноограниченной воды на Земле — в мембранах, нанофлюидных контурах или биологических порах — подчиняется обычным межфазным эффектам даже в экстремально узких пространствах.
Авторы считают, что данные помогут точнее управлять свойствами воды, что особенно важно в биосистемах, где она часто находится между белками, мембранами и другими биомолекулами. Это может привести к созданию более эффективных лекарств и биомедицинских технологий.
