Nieuw onderzoek onthult de impact van terahertz-golven op de dynamiek van nano-beperkte watermoleculen

In een nieuwe ontdekking hebben onderzoekers nieuwe inzichten onthuld in het gedrag van watermoleculen die zijn opgesloten in nanostructuren. Hun studie, gepubliceerd in Wetenschappelijke vooruitgang op 24 april onderzoekt hoe terahertz (THz)-golven de dynamiek van watermoleculen beïnvloeden die zijn opgesloten in tweedimensionale (2D) ruimtes in nanoresonatoren.

Het multidisciplinaire team – geleid door professor Hyeong-Ryeol Park en bestaande uit professor Jeeyoon Jeong (UNIST), professor Dai-Sik Kim (UNIST), professor Noejung Park (UNIST), professor Joonwoo Jeong (UNIST), professor Kyungwan Kim (Chungbuk National University , en professor Yun Daniel Park (Seoul National University) – hebben een innovatieve techniek gebruikt om de dynamiek van watermoleculen op nanoschaalniveau te onderzoeken.

Door nanogaps met metalen lussen te gebruiken om de interacties tussen licht en materie te verbeteren, voerde het team een ​​uitgebreide analyse uit van nano-beperkt water over verschillende spleetbreedtes, variërend van 2 tot 20 nanometer (nm). Hun experimentele bevindingen werpen licht op de wisselwerking tussen grensvlakeffecten en opsluitingseffecten op de complexe brekingsindices van nano-opgesloten water, waarbij de onderdrukking van energiezuinige trillingsmodi wordt aangetoond, zelfs bij grotere spleetbreedtes.

Hoofdauteur Hyosim Yang van UNIST benadrukte het belang van de studie, waarbij hij de nadruk legde op de verkenning van de dynamiek van watermoleculen in nauwe openingen bij hoge THz-frequenties, waardoor nieuwe fenomenen aan het licht kwamen die voorheen onontgonnen waren.

Het gebruik van atomaire laaglithografietechnologie door het team maakte de fabricage van nanoresonatoren met ongekende precisie mogelijk, wat een verbeterde gevoeligheid mogelijk maakte bij het meten van moleculaire beweging.

Hun bevindingen bevestigden niet alleen de onderdrukking van de picoseconde collectieve dynamiek van watermoleculen door grensvlakeffecten in openingen van minder dan 2 nanometer, maar onthulden ook intrigerende inzichten in de vermindering van clusterbewegingen bij grotere spleetbreedtes.

Co-auteur Gangseon Ji van UNIST benadrukte de implicaties van het onderzoek en zei: “Deze studie onthult de dubbele effecten van grensvlak- en opsluitingsmechanismen op de waterdynamiek in nanobeperkte ruimtes, en biedt nieuwe perspectieven op vast lichaamachtig gedrag dat wordt vertoond door opgesloten watermoleculen.”

Professor Park benadrukte de bredere implicaties van het onderzoek, waarbij hij de potentiële toepassingen ervan opmerkte bij het onderzoeken van superionische fasen van 2D-watermoleculen en het bestuderen van de moleculaire dynamiek in oplosmiddelen, zoals DNA en RNA.