新阶段的纳米污水水发现 - 具有实际应用的重要基础突破

三赫兹光谱的MIPT实验室与俄罗斯和国际同事们的研究人员发现了新的纳米镍水的新阶段;仅限于由堇青石晶格的离子形成的纳米蜂巢内的单独的水分子。在偶极 - 偶极偶联水分子网络中的第一种可靠的实验观察偶醇 - 偶极偶联水分子中的一个重要的基本突破。但除此之外，发现的现象还可以在铁电，人工量子系统和生物相容性纳米电子中找到实际应用。

该研究是Shubnikov Crystallography晶石科学家和研究人员的联合努力，Amprokhorov Generalics Offorl，Skoltech，Sobolev Gentology和Mineralogy，Novosibirsk State University以及来自德国（斯图加特大学）的同事，捷克共和国（布拉格物理研究所），日本（东京大学）。在自然通信中报告了该研究的结果。

“我们正在寻找电气偶极晶格的新阶段，我。 e。互动点电偶极子的合奏，“米哈伊尔·斯科夫（Mikhail Belyhanchikov）解释了一项研究的启动者和太赫兹光谱法的MIPT实验室的初级研究员。“已经发现了大量不同的磁性偶极阶段，但是对没有磁性的材料阶段的研究仍处于早期阶段。此外，电偶极晶格是一种可能具有有前途的微电子应用的铁电。“

众所周知，为了实验地实现点电偶极物的晶格是一个具有挑战性的任务。通常物理学家使用所谓的干涉式光学晶格 - 作为激光束干扰的结果而产生的字段的周期性结构。要研究的材料的超薄原子被放入晶格点。

但是，太赫兹光谱的MIPT实验室的研究人员发现了一种更有效的方式。它们将具有相当高的电偶极力矩的分离的水分子放入所谓的介电基质中，在这种情况下，具有通过晶格离子形成的周期性分布的纳米级空隙的沸石晶格。然后将其易于处理的样品（晶体）（晶体）捕获在这些空隙中（在晶体生长期间） - 所谓的纳米镍水。该样品可以在包括室温和不同环境（电场，压力等）的各种温度下进行研究

堇青石水晶

然而，在3K（-27℃）的温度下实现了该研究的关键结果。°研究的极性水分子的电偶极晶格基于堇青石晶体 - 沸石家族的成员。研究人员在3K温度下观察到三维纳米核填充水分子网络中的秩序紊乱铁电相转变。

“以前，我们研究了位于Beryl基质内的类似纳米醌水分子，具有与堇青石非常相似的结构的晶体。我们甚至在0.3k时没有注册该系统中分子偶极子的订购，我们能够实现的最低温度。原因是Beryl晶格的相对较高的对称性（六边形），以及在这种低温下控制水性质的量子力学现象，“Mikhail Belyhanchikov指出。“同时，它是堇青石的稍微较低（正交）晶体对称性，其在其晶格托管的水分子阵列中引发相变。”

研究人员采用计算机建模，分析和解释实验结果。Monte Carlo仿真和其他数学方法，例如极其复杂的多粒子Schrödinger方程的数值解，用于描述相互作用的极性水分子的电偶极系统。

数字。堇青石晶体中极性水分子的电偶极晶格的有序状态的示意图。偶极矩由箭头表示。有序状态通过铁电（红色AB-PLANES）和防火电（蓝BC平面）订单的共存。铁电平面沿晶体的C轴交替进行防磁。

计算机建模有助于在显微镜或相当纳米镜尺度下可视化有序相位。然而，由于这一阶段，这位阶段令人惊讶，这位科学家被认为是相当不寻常的。它表现为水偶极矩的铁电和防火矩排序的共存。它可以被视为一堆交替的共控制偶极子片，其中每个两个相邻纸张中的偶极级面向反平行（参见上面的P）。模拟还表明，有序水偶极子的结构（P箭头）可以更复杂。当水分子只填充一些水晶腔时，会发生这种情况。在这种情况下，单独的域中的床单组中的偶极箭头。

“研究纳米醌水分子不仅具有对电偶极格的领域具有根本的重要性，而且还有助于更深入地了解自然现象，甚至可能能够实现生物相容性纳米电子器件的构造。这是一款迅速发展的领域，基于生物材料，“鲍里斯·戈尔吞人士评论，Headshertz Spectroscopy头部的MIPT实验室的评论。

参考：“水分子排列在Dipolar格子中的介电排序”由Ma Belyhanchikov，M. Savinov，ZV Bedran，P.Bednyakov，P.Proklek，J.Prokleska，VA Abalmasov，J.Petzelt，ES Zhukova，VG托马斯，A. A. zhugayevych，As.zhugayevych，担任VB Anzin，RK Kremer，JKH Fischer，P.Lunkenheimer，A. Loidl，E. Uykur，M. Dressel和B.Gorshunov，2020年8月6日，1920年8月6日：
10.1038 / s41467-020-17832-y