Рис. Широкополосная диэлектрическая визуализация наноконцентрированной воды. Источник: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09558-y

Чтобы заглянуть в электрические секреты воды в истинном наномасштабе, группа физиков под руководством доктора Лауры Фумагалли в сотрудничестве с профессором Андре Геймом, использовала передовой метод сканирующей диэлектрической микроскопии. Они удерживали воду в настолько узких каналах, что в них помещалось лишь несколько молекулярных слоёв.

Результаты поразительны: диэлектрическая проницаемость воды в объёме составляет около 80, но при уменьшении толщины всего до 1–2 нанометров её диэлектрическая проницаемость в плоскости достигает значений, близких к 1000, что сопоставимо с показателями сегнетоэлектрикове. В то же время проводимость воды возрастает до значений, приближающихся к значениям суперионных жидкостей.

Также было показано, что ограниченная вода существует в двух различных электрических режимах. Для каналов размером более нескольких нанометров вода ведёт себя так же, как и в объёмной форме, хотя и обладает гораздо более высокой проводимостью. Но после сжатия до атомных размеров она резко переходит в новое "суперионное" состояние.

Это преобразование происходит из-за того, что экстремальное ограничение объёма разрушает сеть водородных связей воды, которая в целом представляет собой динамичную, но упорядоченную структуру. На молекулярном уровне эта сеть становится неупорядоченной, что позволяет диполям легче выстраиваться в соответствии с электрическими полями и обеспечивает быстрый перенос протонов.

Последствия этого выходят далеко за рамки фундаментальной науки. Понимание электрических свойств воды в наномасштабе имеет решающее значение не только для физики и химии, но и для различных технологий: от современных аккумуляторов и микрофлюидики до наноэлектроники и биологии.