Ученые из МФТИ и ряда зарубежных и отечественных вузов впервые смогли «заточить» молекулы воды внутри кристаллов берилла, упорядочив ее молекулы на заданном расстоянии, придав воде сегнетоэлектрические свойства. Результаты эксперимента опубликованы в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
Российские физики заперли воду в кристалле

«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: при каких условиях она начинает приобретать сегнетоэлектрическиесвойства, благодаря которым в ней спонтанно возникает электрическое поле.

Сегнетоэлектрики широко применяются при разработке электронных приборов и служат основой для устройств энергонезависимой оперативной памяти FERAM. За последние годы физики открыли десятки видов сегнетоэлектриков, главной отличительной чертой которых является большой дипольный момент.

Молекула воды - диполь Распределение электронных облаков в молекуле H2O создает разноименные заряды вокруг атома кислорода и атомов водорода. Вместе они составляют электронейтральную систему.

Молекула воды имеет большой дипольный момент, и взаимодействия между молекулами сильны; однако в нормальных условиях молекулы воды не организуются относительно друг друга — мешают водородные связи, которые пересиливают диполь-дипольное взаимодействие. Поэтому в нормальных условиях вода — не сегнетоэлектрик.

Российские ученые поместили молекулы воды в кристаллическую решетку берилла таким образом, чтобы расстояние между молекулами не позволяло образовываться водородным связям, но было достаточно для того, чтобы диполи притягивались разноименными зарядами. Организованная таким способом вода приобрела сегнетоэлектрические свойства. В непосредственной близости от кристалла с водой выполнялся закон Кюри-Вейса, согласно которому при определенных температурах ферромагнетик должен обладать определенными магнитными свойствами.