Enkelwandige koolstofnanobuisjes werken als kleine rietjes die zo smal zijn dat het water dat erin opgesloten zit niet kan bevriezen in zijn normale kristalachtige structuur. Vooral, in zeer dunne nanobuisjes, watermoleculen worden in één bestand uitgelijnd. Op kamertemperatuur, elk molecuul blijft in een willekeurige richting georiënteerd, het creëren van een ongeordende keten. Voor de eerste keer, wetenschappers merkten op dat bij een koele 150 K, deze moleculen gaan door een quasifase-overgang. Bij deze overgang de moleculen oriënteren zich in een zeer gestructureerde, klassiek waterstofgebonden arrangement.

Schoon water is van levensbelang voor mensen, gewassen en vee. Technologieën die koolstofnanobuisjes gebruiken, kunnen de waterzuivering en ontzilting ten goede komen. Om dergelijke apparaten te maken, moet u weten hoe water dat zich in dergelijke buizen bevindt, zich gedraagt. Ook, weten hoe water zich gedraagt ​​in krappe ruimtes zal wetenschappers helpen bij het bestuderen van andere complexe systemen, zoals hoe gifstoffen door celwanden bewegen.

Hoewel wetenschappers weten dat moleculen die zijn opgesloten in enkelwandige nanobuisjes zich anders gedragen dan hun bulktegenhangers, het was voorheen onmogelijk om deze interacties in een echt uniforme omgeving te bestuderen. Voor de eerste keer, wetenschappers hebben nanobuisjes kunnen selecteren met dezelfde chiraliteit en met een zeer kleine diameter die alleen gevuld kunnen worden met het ene watermolecuul na het andere, waardoor een keten met één bestand ontstaat. Door de fotoluminescentie-eigenschappen van lege nanobuisjes te bestuderen in vergelijking met met water gevulde nanobuisjes, onderzoekers merkten een plotselinge verschuiving op in de emissiekleur van gevulde nanobuisjes bij ~150 K. Eerdere studies hadden meer algemene verschuivingen waargenomen, maar wetenschappers konden de exacte temperatuur van de verschuiving niet bepalen en konden alleen speculeren over de oorzaak achter de verschuiving. In dit gecontroleerde experiment waar een directe vergelijking werd gemaakt tussen met water gevulde en lege nanobuisjes, onderzoekers ontdekten zeer geordende structuren van water in deze nanobuisjes, een toestand die voorheen alleen was voorspeld door theoretische simulaties.

De groep voerde verder moleculaire dynamische simulaties uit op dit systeem als functie van de temperatuur. Ze stelden vast dat waterdipooloriëntatie de basis is van de faseovergang. Deze bevinding maakt ruimte voor meer theorie om de quasifase-overgang te verklaren, terwijl de hele studie het begrip van beperkte moleculen bevordert voor gebruik bij het bestuderen van complexe natuurlijke systemen en het ontwikkelen van nieuwe microfluïdische toepassingen.