Tán xạ neutron và lập mô hình tính toán của các phân tử nước trong môi trường bị giới hạn

Tán xạ neutron và lập mô hình tính toán đã tiết lộ hành vi độc đáo và bất ngờ của các phân tử nước trong môi trường bị giới hạn, mà chưa loại chất khí, chất lỏng hoặc chất rắn nào có được.

Trong báo cáo đăng trên Tạp chí Physical Review Letters, các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã mô tả trạng thái đường hầm mới của các phân tử nước trong những kênh siêu nhỏ hình lục giác cỡ 5 Angstrom của khoáng vật beryl. Một Angstrom bằng 1/10 tỷ mét và mỗi nguyên tử thường có đường kính khoảng 1 angstrom. Phát hiện mới chứng tỏ đặc điểm của nước trong các môi trường rất hạn chế như trong các tảng đá, đất và thành tế bào mà theo dự đoán của các nhà khoa học sẽ thu hút sự quan tâm của nhiều lĩnh vực.

Alexander Kolesnikov, trưởng nhóm nghiên cứu cho rằng: ở nhiệt độ thấp, trạng thái đường hầm mới của nước thể hiện chuyển động lượng tử qua các vách tách biệt, mà không thể có trong vật lý cổ điển. Nghĩa là các nguyên tử oxy và hydro của phân tử nước dời khỏi vị trí và xuất hiện tại cả sáu vị trí đối xứng tương đương trong kênh vào cùng thời điểm. Theo kinh nghiệm của các nhà khoa học, một trong những hiện tượng đó chỉ xảy ra trong cơ học lượng tử, chứ không song hành.

Sự tồn tại trạng thái đường hầm của nước đã được chứng minh, sẽ giúp các nhà khoa học mô tả kỹ hơn những tính chất nhiệt động học và hành vi của nước trong môi trường bị giới hạn ở mức cao như khuếch tán và vận chuyển nước trong các kênh của màng tế bào, trong các ống nano cácbon và dọc các ranh giới của hạt và tại các giao diện của khoáng vật trong rất nhiều môi trường địa chất.

Lawrence Anovitz, đồng tác giả nghiên cứu nhấn mạnh phát hiện mới có xu hướng châm ngòi cho các cuộc thảo luận giữa những nhà khoa học vật liệu, sinh học, địa chất và tính toán vì họ đang cố gắng giải thích cơ chế gây ra hiện tượng này và tìm hiểu cách áp dụng cơ chế đó cho vật liệu.

Dù các nghiên cứu trước đây đã quan sát thấy đường hầm của nguyên tử hydro trong các hệ thống khác, nhưng việc phát hiện ra hành vi đường hầm của nước là chưa từng có. Tán xạ neutron và các thí nghiệm hóa học tính toán cho thấy ở trạng thái đường hầm, các phân tử nước thay đổi vị trí xung quanh một vòng, do đó, phân tử nước được giả định có dạng hai đỉnh khác lạ. Ngoài ra, các mô phỏng nguyên lý đầu tiên đã cho thấy hành vi đường hầm gắn liền với động lực rung do cấu trúc của khoáng vật beryl tạo nên.

Theo Vista.gov.vn