Низкоэнергетические возбуждения одиночной молекулы H2O

Потенциальное сегнетоэлектричество молекул воды,
локализованных в наноразмерных порах кристаллической решетки
берилла
Е.С.Жукова, М.А.Белянчиков, А.С.Прохоров, Л.С.Кадыров, Б.П.Горшунов
Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН
Московский физико-технический институт
Несмотря на то, что молекула H2O обладает значительным дипольным моментом, жидкая вода не
проявляет признаков сегнетоэлектричества, поскольку диполь-дипольное взаимодействие
подавляется короткодействующими водородными связями. Известно, что в условиях локализации
в наноразмерных полостях, каналах, либо при формировании тонких слоёв вода приобретает
качественно новые свойства, одним из которых может быть сегнетоэлектрическое упорядочение
молекулярных
диполей.
Предполагается,
что
такого
типа
сегнетоэлектричество
нанолокализованной воды играет важную роль в функционировании биологических систем и в
формировании свойств различных искусственных и естественных объектов. Существует большое
количество работ, посвященных компьютерному моделированию данного явления. Нами оно
впервые наблюдалось экспериментально на примере ансамбля одиночных молекул воды,
локализованных в порах кристаллической решётки берилла. Радиочастотные и терагерцовые
измерения показывают, что диэлектрическая проницаемость подсистемы молекул H2O при
охлаждении возрастает в соответствии с законом Кюри-Вейсса, что вызвано мягкой модой на
терагерцовых частотах. При температуре ниже 10 К параметры мягкой моды и статическая
диэлектрическая проницаемость перестают зависеть от температуры в следствие подавления
квантовыми флуктуациями фазового перехода в упорядоченное состояние. Наши результаты
согласуются с моделями, развитыми для описания ориентационных фазовых переходов обычных
сегнетоэлектриков.
выступление на семинаре 15 февраля