Ученые измерили электрические свойства воды, «запертой» в микроскопических каналах. Оказалось, что в таком случае диэлектрическая проницаемость, которая характеризует взаимодействие с электрическим полем, падает до двух. Однако у большого объема воды этот параметр примерно равен 80. Исследование, в котором принял участие лауреат Нобелевской премии Андрей Гейм, опубликовано в журнале Science.

Внешнее электрическое поле часто меняет свойства разных веществ. Так происходит из-за того, что существенная часть молекул полярные, то есть заряд на их поверхности распределен неравномерно, благодаря чему они разворачиваются под действием приложенного электрического поля. Такое упорядочивание зарядов, в свою очередь, порождает собственное электрическое поле, которое направлено против внешнего и ослабляет его. Параметр, который определяет степень порождаемого таким образом поля, называется диэлектрической проницаемостью и зависит от вещества, с которым мы имеем дело. В частности, для вакуума она равно единице по определению, у большинства веществ находится в диапазоне от 1 до 100, хотя есть класс сегнетоэлектриков, для которых этот показатель может достигать сотен тысяч.

В обычной ситуации у воды достаточно большая диэлектрическая проницаемость, примерно равная 80. Теоретически ученые давно предсказали, что у поверхности воды, где движения молекул затруднены, проницаемость должна быть меньше, но никто не знал, на сколько. В новой работе международный коллектив ученых смог «запереть» воду в каналах из графена и нитрида бора размером от 100 до 1 нанометра и измерить ее свойства. Оказалось, что в том случае, если толщина слоя воды достигает нескольких молекул, диэлектрическая проницаемость падает до двух. Это удивило ученых, так как никто не смог предсказать, что показатель уменьшится настолько сильно.

«Эта аномалия диэлектрической проницаемости на границе между водой и твердым веществом важна не только с точки зрения академического интереса. Ее можно использовать на практике во многих областях, в частности, в биологии, — комментирует один из авторов работы, нобелевский лауреат Андрей Гейм. — Наши результаты могут помочь лучше понять роль воды в технологических процессах, а также объяснить, почему она настолько важна для жизни. Электрическое взаимодействие с молекулами воды играет важную роль в формировании биологических веществ, например, белков. Можно даже сказать, что пограничные слои воды определяют жизнь в том виде, как мы ее знаем».