Физики из России впервые "растворили" воду в изумруде

"Что касается практических применений обнаруженного явления, то область его приложений может быть весьма обширной. У исследователей появилась возможность изучить влияние на это явление различных факторов: температуры, давления, ионного окружения, и продвинуться в понимании роли явления в различных процессах живой и неживой природы", — заявил Борис Горшунов из Московского физтеха в Долгопрудном.

Горшунов и его коллеги сделали большой шаг к раскрытию одной из главных тайн воды – то, при каких условиях вода начинает приобретать так называемые ферроэлектрические свойства, благодаря которым внутри нее будет спонтанно возникать электрическое поле, подобно магнитному полю внутри сплавов железа.

Ферроэлектрики широко применяются при разработке электронных приборов и служат основой для сверхбыстрой и сверхнадежной постоянной памяти FeRAM, которая в скором времени может появиться на рынке, а также многих других интересных приборов. За последние годы физики открыли десятки видов ферроэлектриков, главной отличительной чертой которых является высокий электрический дипольный момент.

Под этим словом ученые понимают то, как распределены положительные и отрицательные заряды по молекуле. К примеру, молекулы воды обладают очень высоким дипольным моментом, так как электроны в ней "притянуты" к атому кислорода, а положительно заряженные атомы водорода, наоборот, удалены от них.

Высокий дипольный момент H2O, по идее, должен делать воду хорошим ферроэлектриком, однако на самом деле это не так – превращению воды в подобный материал мешают водородные связи между ее молекулами, заставляющие их "склеиваться" друг с другом и не дающие дипольным силам проявить себя. По этой причине ферроэлектрические свойства воды ученые изучали только в теории и в моделях.

Российские ученые и их зарубежные коллеги придумали оригинальный способ для проверки этих теорий, найдя изящный способ установления "запрета" на формирование водородных связей между молекулами воды, при этом не удаляя их на расстояния, на которых дипольные силы уже не действуют.

Горшунов и его коллеги добились этого, заполнив пустоты внутри кристаллической решетки изумрудов и прочих бериллов, природных драгоценных камней, одиночными молекулами воды. Сделать это, как выяснили физики, достаточно просто – для этого нужно выращивать кристаллы изумрудов в водной среде, в результате чего поры внутри них будут естественным образом заполняться одиночными молекулами воды.

По словам физиков, наблюдения за диэлектрической проницаемостью этих "водных" кристаллов и прочими их свойствами показали, что вода действительно обладает ферроэлектрическими свойствами при подобном "одиночном заточении".

Как отмечают ученые, электрические поля, формируемые ориентированными молекулами воды при их "запирании" на наномасштабах, могут играть ключевую роль в различных явлениях биологии, химии, геологии, метеорологии и даже в процессе формирования планет Солнечной системы. Их изучение внутри подобных изумрудов поможет понять, так ли это на самом деле.

Источник: РИА Новости