Nuove evidenze sulla costante dielettrica e la conducibilità dell’acqua

L’acqua è fondamentale per la vita grazie alle sue proprietà uniche che, nonostante decenni di ricerca, restano in parte elusive. Alla nanoscala, inoltre, riserva ancora comportamenti inattesi. Un team dell’Università di Manchester, guidato dalla dott.ssa Laura Fumagalli e dal prof. Andre Geim (già Premio Nobel per la Fisica 2010 per le ricerche sul grafene), in collaborazione con il prof. Giorgio Ferrari del Politecnico di Milano, ha osservato che l’acqua confinata in canali spessi solo pochi strati molecolari può mostrare, lungo la direzione del canale, una risposta dielettrica e una conducibilità elettrica nettamente maggiori — fino a un ordine di grandezza — rispetto a quelle note alla macroscala, raggiungendo valori paragonabili a quelli dei più avanzati materiali ferroelettrici e superionici.

Lo studio, pubblicato su Nature, è stato reso possibile da una combinazione di microscopia dielettrica a scansione atomica e nanofabbricazione di canali bidimensionali spessi solo pochi strati atomici. A differenza di precedenti risultati, che avevano evidenziato un drastico calo delle proprietà dielettriche nella direzione perpendicolare ai canali, l’estensione delle misure a un intervallo di frequenze che va dai pochi kHz ai GHz ha permesso di scoprire l’inaspettato incremento della risposta elettrica dell’acqua nella direzione parallela al canale. 

Questo comportamento così differente nelle due direzioni apre nuove frontiere nella comprensione delle proprietà dell’acqua e del modo in cui essa interagisce e condiziona il comportamento delle molecole biologiche, con ampie ricadute non solo nell’ambito della chimica e della biologia ma anche nello sviluppo di batterie e dispositivi elettrochimici di nuova generazione.