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%2F68378271%3A_____%2F20%3A00553933" target="_blank" >RIV/68378271:_____/20:00553933 - isvavai.cz</a>

Nalezeny alternativní kódy

RIV/00216208:11320/20:10414769

Výsledek na webu

<a href="http://hdl.handle.net/11104/0328609" target="_blank" >http://hdl.handle.net/11104/0328609</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 ~5Å with an interchannel separation of ~10Å 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 T0 ≈ 3K 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 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 ~5Å with an interchannel separation of ~10Å 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 T0 ≈ 3K 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 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)

Rok uplatnění

2020

Kód důvěrnosti údajů

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

Název periodika

Nature Communications

ISSN

2041-1723

e-ISSN

2041-1723

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