Forskare har ägnat årtionden åt att studera vattnets egenskaper och hur de förändras när det uppstår störningar i deras normala beteende. Forskning om ämnet har ett brett spektrum av tillämpningar, från biokemiska system till avsaltning av vatten.

Ett team av forskare från Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Argonne National Laboratory och University of Chicago undersökte hur strukturen och de elektroniska egenskaperna hos flytande vatten kan påverkas av närvaron av joner och nanokonfinansiering (joner och vatten som ligger mellan materialytor som är nanometer från varandra). De använde första princip simuleringar för att söka efter tecken på dessa störningar. Forskningen visas i Journal of Chemical Physics .

För jämförelse, laget, ledd av huvudförfattaren Viktor Rozsa, en doktorand vid University of Chicago och en DOE NNSA Stewardship Science Graduate -stipendiat, utfört simuleringar för vatten inuti halvledande nanorör med diametrar på 1,1 och 1,5 nanometer, respektive (en nanometer är cirka 17, 000 gånger mindre än ett människohår). De upptäckte att på grund av nanokonfinensen, det finns konkurrerande effekter av brutna vätebindningar och vatten -kol -interaktioner på molekylär polariserbarhet. De identifierade vattenmolekylär polariserbarhet som "fingeravtryck" för jon- och nanokonfinansieringsstörningar.

"Den molekylära polariserbarheten uppvisade en konkurrerande balans mellan minskningar från strukturbrytning och förbättringar vid gränssnittet från nanoröret, "sa LLNL:s Anh Pham, en materialvetare i Quantum Simulations Group.

Detta arbete kan utökas för att förstå effekten av anjoner eller tvåvärda joner på begränsat vatten. I framtiden, forskarna syftar till att studera hur de konkurrerande effekterna på molekylär polariserbarhet påverkas av andra lösta joner och i olika grad av inneslutning.

"Våra resultat belyser vikten av att inkludera polariserbarhet för realistiska simuleringar av vatten i komplexa miljöer och kan hjälpa till med parametrisering av framtida interatomiska potentialer, "sa Giulia Galli, Liew -familjeprofessorn vid Pritzker School of Molecular Engineering vid University of Chicago, seniorvetare vid Argonne och medförfattare till studien.

Papperet som beskriver denna forskning valdes som ett framställt papper av Journal of Chemical Physics och framhölls också av American Institute of Physics.