Ricerca: le onde Terahertz influenzano la dinamica dell'acqua confinata su scala nanometrica

un sommario

L'acqua confinata mostra una bassa permettività statica del nanomodello principalmente a causa degli effetti interfacciali che si estendono intorno a un nanometro. La scala di lunghezza caratteristica può essere molto più lunga nel regime dei terahertz (THz) dove si verificano dinamiche di gruppo a lungo raggio; Tuttavia, la dinamica THz è rimasta in gran parte inesplorata a causa della mancanza di una piattaforma solida. Qui, utilizziamo nanogap di anelli metallici per migliorare nettamente le interazioni luce-materia e misurare accuratamente gli indici di rifrazione T Hz reali e immaginari di acque nanoconfinate con larghezze di gap da 2 a 20 nm, estendendosi principalmente alle acque interfacciali fino all'acqua semi-bulk. . Abbiamo scoperto che oltre al ben noto effetto superficiale, l’effetto di confinamento contribuisce anche in modo significativo a ridurre i complessi indici di rifrazione dell’acqua nanoconfinata interrompendo le modalità di vibrazione a bassa energia, anche con un’ampiezza del gap fino a 10 nm. . I nostri risultati forniscono preziose informazioni sulle dinamiche collettive delle molecole d’acqua, che sono cruciali per comprendere i processi mediati dall’acqua.

Il professor Hyung Ryul Park e il suo gruppo di ricerca presso il Dipartimento di Fisica dell'UNIST, in collaborazione con ricercatori della Kangwon National University, della Chungbuk National University e della Seoul National University, hanno fatto una scoperta rivoluzionaria riguardo al comportamento delle molecole d'acqua intrappolate all'interno delle nanostrutture. Lo studio, pubblicato nell'edizione online di Science Advances il 24 aprile, fa luce su come le onde terahertz influenzano la dinamica delle molecole d'acqua intrappolate in spazi bidimensionali all'interno dei nanorisonatori.

Il professor Jeon Jeong della Kangwon National University ha partecipato a questo studio, insieme a un gruppo di scienziati interdisciplinari, tra cui i professori Dae-Sik Kim, Noijong Park e Junwoo Jeong dell'UNIST, il professor Kyungwan Kim della Chungbuk National University e il professor Yoon Daniel. Parco dell'Università Nazionale di Seoul. In questo studio, il gruppo di ricerca ha utilizzato tecniche innovative per studiare la dinamica collettiva delle molecole d’acqua a livello nanometrico.

Utilizzando nanogap con anelli metallici per migliorare le interazioni tra luce e materia, il team è stato in grado di misurare indici di rifrazione reali e immaginari dell'acqua nanoconfinata attraverso diverse larghezze di gap, che vanno da 2 a 20 nanometri. Questa analisi completa ha fornito informazioni sull’interazione tra gli effetti interfacciali e di confinamento sui complessi indici di rifrazione dell’acqua nanoconfinata, evidenziando la soppressione delle modalità vibrazionali a bassa energia anche a larghezze di gap maggiori.

L’autore principale Hyosim Yang dell’UNIST ha sottolineato l’importanza dello studio, affermando: “Mentre la ricerca precedente si era concentrata su misurazioni elettriche a bassa frequenza delle proprietà dell’acqua, il nostro studio approfondisce la dinamica delle molecole d’acqua confinate in stretti spazi ad alte frequenze terahertz, rivelando un nuovo romanzo”. fenomeni”.

L'uso innovativo da parte del team della tecnologia di litografia a strato atomico ha consentito la fabbricazione di nanorisonatori gap-gap stretti fino a un nanometro, migliorando notevolmente la sensibilità delle misurazioni del movimento molecolare. I risultati sperimentali non solo hanno confermato la soppressione della dinamica dei picosecondi delle molecole d'acqua mediante effetti interfacciali in corrispondenza di gap inferiori a 2 nm, ma hanno anche rivelato un movimento di aggregazione ridotto a gap di 10 nm, sopprimendo ulteriormente la dinamica.

Il coautore Gangsun Ji dell’UNIST ha evidenziato le implicazioni della ricerca, affermando: “Questo studio rivela il duplice effetto dei meccanismi interfacciali e del confinamento sulla dinamica dell’acqua in spazi confinati su scala nanometrica e fornisce nuove prospettive sui comportamenti solidi esibiti dall’acqua confinata molecole”.

Il professor Park ha sottolineato le implicazioni più ampie dello studio, sottolineando le sue potenziali applicazioni nello studio delle superfasi delle molecole d'acqua 2D e nello studio della dinamica molecolare in solventi come DNA e RNA. La ricerca apre la strada per estendere queste indagini alle regioni della luce infrarossa e medio-visibile regolando le dimensioni dei nanorisonatori.

Lo studio rappresenta un importante passo avanti nella comprensione delle dinamiche collettive delle molecole d’acqua su scala nanometrica, aprendo la strada a future esplorazioni in campi correlati. Questo lavoro è stato sostenuto dalla Fondazione nazionale di ricerca (NRF) della Corea, dal Ministero della scienza e delle TIC (MSIT), dall'Istituto di pianificazione e valutazione delle TIC (IITP), dall'UNIST e da Gangwon Technopark (GWTP).

Riferimento al giornale

Hyosim Yang, Jang Seon Ji, Min Choi, et al., “Dinamica terahertz soppressa dell'acqua confinata in spazi nanometrici”, Science Progress, (2024).