Water is alomtegenwoordig en essentieel voor het leven. Hoe dan ook, experimentele informatie over zijn gedrag op atomair niveau - vooral hoe het interageert met oppervlakken - is schaars. Dankzij een nieuwe experimentele methode, Onderzoekers van de TU Graz hebben nu inzicht gegeven in de beweging op atomair niveau van watermoleculen, die ze schetsen in een paper in Natuurcommunicatie .

Water is een mysterieuze substantie. Het begrijpen van het gedrag op atomaire schaal blijft een uitdaging voor experimentatoren, aangezien de lichte waterstof- en zuurstofatomen moeilijk waar te nemen zijn met conventionele experimentele sondes. Dit is met name het geval bij het observeren van de microscopische beweging van individuele watermoleculen die plaatsvindt op een tijdschaal van picoseconden.

Zoals gemeld in hun krant, onderzoekers van de groep Exotic Surfaces van het Institute of Experimental Physics van de TU Graz hebben hun krachten gebundeld met collega's van het Cavendish Laboratory van de Universiteit van Cambridge, de Universiteit van Surrey en de Universiteit van Aarhus.

Samen, ze hebben belangrijke vorderingen gemaakt, onderzoek doen naar het gedrag van water op een materiaal dat momenteel in het bijzonder in de belangstelling staat:de topologische isolator bismuttelluride.

Deze verbinding kan worden gebruikt om kwantumcomputers te bouwen. Waterdamp zou dan een van de omgevingsfactoren zijn waaraan toepassingen op basis van bismuttelluride tijdens bedrijf kunnen worden blootgesteld.

In de loop van hun onderzoek hebben het team gebruikte een combinatie van een nieuwe experimentele methode genaamd helium spin-echo spectroscopie en theoretische berekeningen. Helium-spin-echospectroscopie maakt gebruik van heliumatomen met zeer lage energie, waardoor de beweging van geïsoleerde watermoleculen zonder verstoring kan worden waargenomen.

De onderzoekers ontdekten dat watermoleculen zich op bismuttelluride totaal anders gedragen dan op conventionele metalen. Ze rapporteren duidelijk bewijs voor weerzinwekkende interacties tussen watermoleculen, wat in strijd is met de verwachting dat aantrekkelijke interacties het gedrag en de aggregatie van water op oppervlakken domineren.

Bismuttelluride lijkt ongevoelig voor water, wat een voordeel is voor toepassingen onder typische omgevingsomstandigheden. Er zijn plannen voor verdere experimenten op gelijkaardige gestructureerde oppervlakken, bedoeld om te verduidelijken of de beweging van watermoleculen te wijten is aan specifieke kenmerken van het oppervlak in kwestie.