I en ny upptäckt har forskare avslöjat nya insikter om beteendet hos vattenmolekyler inneslutna i nanostrukturer. Deras studie, publicerad i Science Advances den 24 april, fördjupar sig i hur terahertz (THz)-vågor påverkar dynamiken hos vattenmolekyler inneslutna i tvådimensionella (2D) utrymmen inom nanoresonatorer.
Det tvärvetenskapliga teamet – ledd av professor Hyeong-Ryeol Park och inkluderar professor Jeeyoon Jeong (UNIST), professor Dai-Sik Kim (UNIST), professor Noejung Park (UNIST), professor Joonwoo Jeong (UNIST), professor Kyungwan Kim (Chungbuk National University , och professor Yun Daniel Park (Seoul National University) – använde innovativ teknik för att undersöka vattenmolekylernas dynamik på nanoskalanivå.
Genom att använda metalliska loop-nanogaps för att förbättra ljus-materia-interaktioner, genomförde teamet en omfattande analys av nanoconfined vatten över varierande gapbredder, från 2 till 20 nanometer (nm). Deras experimentella resultat kastar ljus över samspelet mellan gränssnittseffekter och inneslutningseffekter på de komplexa brytningsindexen för nanobegränsat vatten, och visar upp undertryckandet av lågenergivibrationslägen även vid större gapbredder.
Huvudförfattaren Hyosim Yang från UNIST lyfte fram betydelsen av studien och betonade utforskningen av vattenmolekylers dynamik i smala luckor vid höga THz-frekvenser, och avslöjade nya fenomen som tidigare var outforskade.
Teamets användning av atomlagerlitografiteknik möjliggjorde tillverkning av nanoresonatorer med oöverträffad precision, vilket möjliggjorde ökad känslighet vid mätning av molekylär rörelse.
Deras fynd bekräftade inte bara undertryckandet av vattenmolekylers kollektiva dynamik i pikosekunder genom gränsyteffekter i mellanrum på under 2 nanometer, utan avslöjade också spännande insikter om minskningen av klustringsrörelse vid större gapbredder.
Medförfattaren Gangseon Ji från UNIST lyfte fram konsekvenserna av forskningen, och sa:"Denna studie avslöjar de dubbla effekterna av gränssnitts- och inneslutningsmekanismer på vattendynamik i nanoslutna utrymmen, och erbjuder nya perspektiv på fasta liknande beteenden som uppvisas av instängda vattenmolekyler."
Professor Park betonade de bredare implikationerna av studien och noterade dess potentiella tillämpningar för att undersöka superioniska faser av 2D-vattenmolekyler och studera molekylär dynamik i lösningsmedel, som DNA och RNA.
Mer information: Hyosim Yang et al., Undertryckt terahertz-dynamik hos vatten inneslutet i nanometerluckor, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adm7315
Journalinformation: Vetenskapens framsteg
Tillhandahålls av Ulsan National Institute of Science and Technology
