Den mystiske bevægelse af vandmolekyler

Vand er allestedsnærværende og afgørende for livet. Alligevel, eksperimentel information om dens adfærd på atomniveau - frem for alt hvordan den interagerer med overflader - er sparsom. Takket være en ny eksperimentel metode, TU Graz forskere har nu leveret indsigt i vandmolekylers bevægelser på atomniveau, som de skitserer i et papir i Naturkommunikation .

Vand er et mystisk stof. At forstå dens adfærd på atomær skala er fortsat en udfordring for eksperimentelister, da de lette brint- og oxygenatomer er svære at observere med konventionelle eksperimentelle sonder. Dette gælder især, når man forsøger at observere den mikroskopiske bevægelse af individuelle vandmolekyler, som forekommer på en pico-sekund tidsskala.

Som rapporteret i deres papir, forskere fra gruppen Exotic Surfaces ved TU Graz' Institut for Eksperimentel Fysik gik sammen med kolleger fra Cavendish Laboratory ved University of Cambridge, University of Surrey og Aarhus Universitet.

Sammen, de gjorde betydelige fremskridt, udfører forskning i vands adfærd på et materiale, der i øjeblikket tiltrækker særlig interesse:den topologiske isolator bismuthtellurid.

Denne forbindelse kunne bruges til at bygge kvantecomputere. Vanddamp vil da være en af ​​de miljøfaktorer, som anvendelser baseret på bismuttellurid kan blive udsat for under drift.

I løbet af deres forskning, holdet brugte en kombination af en ny eksperimentel metode kaldet helium spin-ekko spektroskopi og teoretiske beregninger. Helium spin-ekko spektroskopi bruger meget lavenergi helium atomer, som gør det muligt at observere bevægelsen af ​​isolerede vandmolekyler uden afbrydelse.

Forskerne opdagede, at vandmolekyler opfører sig helt anderledes på bismuthtellurid sammenlignet med dem på konventionelle metaller. De rapporterer klare beviser for frastødende interaktioner mellem vandmolekyler, hvilket er i modstrid med forventningen om, at attraktive interaktioner dominerer adfærd og aggregering af vand på overflader.

Bismuthtellurid ser ud til at være ufølsom over for vand, hvilket er en fordel for applikationer under typiske miljøforhold. Planer er på plads for yderligere eksperimenter på lignende strukturerede overflader, beregnet til at afklare, om vandmolekylers bevægelse kan tilskrives specifikke træk ved den pågældende overflade.