2289
Вода настільки звична, що здається давно вивченою, але її поведінка за дуже низьких температур досі приховує фундаментальні загадки. Міжнародна команда дослідників змогла не дати воді кристалізуватися в лід, затиснувши її у надтонких м’яких шарах. Це дозволило безпосередньо простежити перехід рідкої води у склоподібний стан, який у звичайному об’ємі практично неможливо побачити через надто швидке замерзання.
Скло у фізичному сенсі — це не обов’язково прозорий твердий матеріал із вікна. Склоподібний стан виникає, коли рух молекул настільки сповільнюється, що речовина стає твердоподібною, але її частинки не встигають організуватися у регулярну кристалічну решітку.
Для багатьох рідин такий перехід можна спостерігати, якщо дуже швидко їх охолодити. З водою це складніше: вона охоче утворює кристалічний лід раніше, ніж учені встигають простежити весь процес переходу в скло.
Щоб обійти цю проблему, команда замість звичайної води досліджувала крихітні її кількості, затиснуті між надтонкими мембранами з молекули фітантіолу. Таке «м’яке наноконфайнмент-середовище» заважало молекулам води вишикуватися у кристалічну структуру льоду.
Структуру системи досліджували на Австралійському синхротроні методами мало- та ширококутового рентгенівського розсіювання. Експерименти дозволили побачити, що вода зберігається всередині наношарів навіть за температур значно нижчих за звичайну точку замерзання.
Для відстеження руху молекул використали також нейтронне розсіювання. Нейтрони особливо чутливі до атомів водню, тому ними можна бачити, як швидко рухаються молекули води навіть усередині складної м’якої матриці.
Дані показали різке сповільнення молекулярної динаміки приблизно в діапазоні від −35 до −20 градусів Цельсія. Саме це дослідники інтерпретують як склоподібний перехід наноконфайнованої води.
Особливо цікаво, що навколишня ліпідоподібна матриця в цей момент залишалася рухливою. Тобто вода переходила у склоподібний стан, а мембрани, які її утримували, не «замерзали» разом із нею.
Команда використала одразу кілька методів — рентгенівське та нейтронне розсіювання, ядерний магнітний резонанс, низькотемпературну мікроскопію та комп’ютерне моделювання. Це дозволило простежити поведінку води на часових масштабах від трильйонних часток секунди до мікросекунд.
Результат має не лише фундаментальне значення. Вода часто перебуває в наномасштабному обмеженні всередині клітин і біологічних структур, а її поведінка важлива для кріозбереження тканин, заморожування продуктів та матеріалознавства. Експеримент показує, що приховані стани води можна досліджувати, якщо не дати їй перейти в звичайний кристалічний лід.
https://phys.org/news/2026-09-soft-nanoscale-confinement-ice-exposing.html
