Die Wissenschaft weiß viel über das Verhalten von gewöhnlichem Wasser: Es dehnt sich aus, wenn es gefriert, es hat einen hohen Siedepunkt. Aber wenn die Dicke des Wassers auf ein oder zwei Moleküle reduziert wird, beginnen unerwartete Nuancen zu erscheinen. Wissenschaftler der University of Cambridge fanden heraus, dass eine zweidimensionale Wasserschicht die Eigenschaften eines nicht-festen und nicht-flüssigen Körpers aufweist und auch bei hohem Druck leitfähig wird.
Wassermoleküle, die sich zwischen zwei Membranen oder in Nanokavitäten befinden, sind ein häufiges Phänomen. Es kommt in lebenden Organismen oder in geologischen Formationen vor. Aber solches Wasser verhält sich überhaupt nicht wie das, das aus dem Wasserhahn fließt.
Bisher haben die Schwierigkeiten bei der Untersuchung der Wasserphasen im Nanomaßstab ein vollständiges Verständnis seiner Eigenschaften verhindert. Ein Team von Wissenschaftlern aus Cambridge wandte jedoch fortschrittliche Computertechnologie an und war in der Lage, das Phasendiagramm einer Schicht mit einer Dicke von einem Molekül mit beispielloser Genauigkeit vorherzusagen.
Die Wissenschaftler fanden heraus, dass Wassermoleküle, die gezwungen sind, diese Dicke beizubehalten, mehrere Phasen durchlaufen, darunter „hexatische“ und „superionische“ Phasen. In Hexatik verhält sich Wasser wie eine Kreuzung zwischen einer Flüssigkeit und einem Feststoff. In der superionischen Phase, die bei hohem Druck auftritt, beginnt Wasser, Protonen durch Eis zu leiten, ähnlich wie Elektronen in einem Leiter fließen.
Das Verständnis des Verhaltens von Wasser im Nanobereich ist für viele neue Technologien von großer Bedeutung. Der Erfolg vieler Therapien hängt von der Reaktion des Wassers in winzigen Körperhöhlen ab. Auch die Entwicklung hochwertiger Elektrolyte für Batterien, Entsalzungs- und Transportsysteme hat mit der Physik des Wassers zu tun. Der neue Ansatz ermöglicht es, einschichtiges Wasser mit bisher unerreichter Genauigkeit zu untersuchen.
Physiker haben im vergangenen Jahr experimentell bewiesen, was vor 20 Jahren theoretisch vorhergesagt wurde. Es zeigt sich, dass Elektronen in Supraleitern nicht nur Paare, sondern auch Quadrupel bilden können.
2022-09-16 17:33:57
Autor: Vitalii Babkin