Dielectric ordering of water molecules arranged in a dipolar lattice

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F00216208%3A11320%2F20%3A10414769" target="_blank" >RIV/00216208:11320/20:10414769 - isvavai.cz</a>

Nalezeny alternativní kódy

RIV/68378271:_____/20:00553933

Výsledek na webu

<a href="https://verso.is.cuni.cz/pub/verso.fpl?fname=obd_publikace_handle&handle=qRMZztNvB3" target="_blank" >https://verso.is.cuni.cz/pub/verso.fpl?fname=obd_publikace_handle&handle=qRMZztNvB3</a>

DOI - Digital Object Identifier

<a href="http://dx.doi.org/10.1038/s41467-020-17832-y" target="_blank" >10.1038/s41467-020-17832-y</a>

Jazyk výsledku

angličtina

Název v původním jazyce

Dielectric ordering of water molecules arranged in a dipolar lattice

Popis výsledku v původním jazyce

Intermolecular hydrogen bonds impede long-range (anti-)ferroelectric order of water. We confine H2O molecules in nanosized cages formed by ions of a dielectric crystal. Arranging them in channels at a distance of similar to 5 angstrom with an interchannel separation of similar to 10 angstrom prevents the formation of hydrogen networks while electric dipole-dipole interactions remain effective. Here, we present measurements of the temperature-dependent dielectric permittivity, pyrocurrent, electric polarization and specific heat that indicate an order-disorder ferroelectric phase transition at T-0 approximate to 3 K in the water dipolar lattice. Ab initio molecular dynamics and classical Monte Carlo simulations reveal that at low temperatures the water molecules form ferroelectric domains in the ab-plane that order antiferroelectrically along the channel direction. This way we achieve the long-standing goal of arranging water molecules in polar order. This is not only of high relevance in various natural systems but might open an avenue towards future applications in biocompatible nanoelectronics.

Název v anglickém jazyce

Dielectric ordering of water molecules arranged in a dipolar lattice

Popis výsledku anglicky

Intermolecular hydrogen bonds impede long-range (anti-)ferroelectric order of water. We confine H2O molecules in nanosized cages formed by ions of a dielectric crystal. Arranging them in channels at a distance of similar to 5 angstrom with an interchannel separation of similar to 10 angstrom prevents the formation of hydrogen networks while electric dipole-dipole interactions remain effective. Here, we present measurements of the temperature-dependent dielectric permittivity, pyrocurrent, electric polarization and specific heat that indicate an order-disorder ferroelectric phase transition at T-0 approximate to 3 K in the water dipolar lattice. Ab initio molecular dynamics and classical Monte Carlo simulations reveal that at low temperatures the water molecules form ferroelectric domains in the ab-plane that order antiferroelectrically along the channel direction. This way we achieve the long-standing goal of arranging water molecules in polar order. This is not only of high relevance in various natural systems but might open an avenue towards future applications in biocompatible nanoelectronics.

Druh

J_imp - Článek v periodiku v databázi Web of Science

CEP obor

—

OECD FORD obor

10302 - Condensed matter physics (including formerly solid state physics, supercond.)

Projekt

Výsledek vznikl pri realizaci vícero projektů. Více informací v záložce Projekty.

Návaznosti

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)<br>I - Institucionalni podpora na dlouhodoby koncepcni rozvoj vyzkumne organizace

Rok uplatnění

2020

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Název periodika

Nature Communications [online]

ISSN

2041-1723

e-ISSN

—

Svazek periodika

11

Číslo periodika v rámci svazku

1

Stát vydavatele periodika

GB - Spojené království Velké Británie a Severního Irska

Počet stran výsledku

9

Strana od-do

3927

Kód UT WoS článku

000561122000004

EID výsledku v databázi Scopus

2-s2.0-85089138331