Физики из Небрасского (США) и Сямэньского (Китай) университетов получили «одномерный» сегнетоэлектрический лёд.

Сегнетоэлектриками называют материалы, обладающие в некотором интервале температур спонтанной поляризацией. Молекулы воды, как известно, полярны, и определённое их расположение при образовании льда вполне может давать сегнетоэлектрический эффект. Предполагается, что такой лёд существует на Уране, Нептуне или Плутоне.

Создать в лабораторных условиях чистый трёхмерный образец сегнетоэлектрического льда практически невозможно. Авторы постарались упростить задачу и работали с водяным «проводом», разместив молекулы H₂O в наноразмерном канале. Температуру, зафиксированную на уровне 350 К, постепенно начали понижать, и когда она дошла примерно до 277 К (4 ˚C), учёные зафиксировали превращение «одномерной» жидкости в лёд. «Температура замерзания должна отличаться от обычной, так как вода находится в ограниченном пространстве канала, — комментирует участник исследования Сяо Чэн Цзэн (Xiao Cheng Zeng). — Но мы пока не знаем, почему в данном конкретном случае точка замерзания сместилась вверх».

В точке фазового перехода и при более низкой температуре в 175 К физики также зарегистрировали диэлектрические аномалии.

Рис. 1. Сверху: молекулы воды в канале при 300 К. В центре и снизу показан «одномерный» лёд в двух разных конфигурациях внешнего электрического поля; красным и зелёным выделены атомы кислорода и водорода, а оранжевыми пунктирными линиями обозначены водородные связи. (Иллюстрация из журнала Proceedings of the National Academy of Sciences).

Опыты показали, что собственный электрический дипольный момент полученного льда, как и любого настоящего сегнетоэлектрика, можно переориентировать с помощью внешнего электрического поля. Поскольку опробованная методика оказалась вполне удачной, она ещё пригодится при создании новых сегнетоэлектрических материалов.

Полная версия отчёта будет опубликована в статье:

Hai-Xia Zhaoa, Xiang-Jian Konga, Hui Lib, Yi-Chang Jina, La-Sheng Longa, Xiao Cheng Zengb, Rong-Bin Huanga and Lan-Sun Zhenga Transition from one-dimensional water to ferroelectric ice within a supramolecular architecture. – Proceedings of the National Academy of Sciences. – doi: 10.1073/pnas.1010310108; February 14, 2011.