Обнаружены новые фазовые состояния воды

Ученые из Кембриджского университета обнаружили новые фазовые состояния воды, сообщает Phys.org. В слое из одной молекулы вода не ведет себя ни как жидкость, ни как твердое тело.

Когда вода сжимается до наноразмеров, ее свойства сильно меняются. Изучив это необычное поведение, исследователи обнаружили несколько новых фаз воды на молекулярном уровне.

Ученые использовали комбинацию вычислительных подходов, чтобы понять принципы существования слоя воды из одной молекулы. Оказалось, что «однослойная» вода проходит через несколько фазовых состояний, включая «гексатическую» и «суперионную» фазу. В гексатической фазе вода действует не как твердое тело и не как жидкость, а как нечто среднее. В суперионной фазе, которая возникает при более высоких давлениях, вода становится сверхпроводящей.

Исследователи обнаружили, что слой воды толщиной в одну молекулу внутри наноканала демонстрирует богатое и разнообразное фазовое поведение. Метод ученых предсказывает несколько фаз. К примеру, гексатическую фазу можно наблюдать экспериментально, удерживая воду в графеновом канале.

Суперионная фаза обычно существует в экстремальных условиях — например, у воды в ядрах ​​Урана и Нептуна. Чтобы визуализировать эту фазу, нужно сделать так, чтобы атомы кислорода образовали твердую решетку, а протоны текли как жидкость сквозь решетку. По словам ученых, суперионная фаза может быть важна для будущих электролитов, поскольку ее электропроводность в 100–1000 раз выше, чем у современных аккумуляторных материалов.

Результаты исследования не только помогут понять, как работает вода в наномасштабе, но и предполагают, что «наноудержание» может стать новым путем к обнаружению суперионного поведения других материалов.