জল যখন সরু, ন্যানোস্কেল গহ্বরে আটকা পড়ে, তখন এটি একটি মধ্যবর্তী পর্যায়ে প্রবেশ করে যা কঠিন বা তরল নয়, তবে এর মধ্যে কোথাও। এটি গবেষকদের একটি আন্তর্জাতিক দলের আবিষ্কার যারা পরিসংখ্যানগত পদার্থবিদ্যা, কোয়ান্টাম মেকানিক্স এবং মেশিন লার্নিং ব্যবহার করে অধ্যয়ন করার জন্য যে জলের বৈশিষ্ট্যগুলি যখন এটি এত ছোট জায়গায় সীমাবদ্ধ থাকে তখন কীভাবে পরিবর্তন হয়। এই ন্যানোকনফাইন্ড জলের চাপ-তাপমাত্রার ফেজ ডায়াগ্রাম বিশ্লেষণ করে, যেমনটি জানা যায়, দলটি খুঁজে পেয়েছে যে এটি একটি মধ্যবর্তী "হেক্সাটিক" ফেজ প্রদর্শন করে এবং এটি অত্যন্ত সঞ্চালনও করে।
ন্যানোস্কেলে জলের বৈশিষ্ট্যগুলি আমরা বাল্ক ওয়াটারের সাথে যুক্ত করা থেকে খুব আলাদা হতে পারে। অন্যান্য অস্বাভাবিক বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে, ন্যানোস্কেল জলের একটি অস্বাভাবিকভাবে কম অস্তরক ধ্রুবক রয়েছে, এটি প্রায় ঘর্ষণ ছাড়াই প্রবাহিত হয় এবং একটি বর্গাকার বরফ পর্যায়ে বিদ্যমান থাকতে পারে।
ন্যানোকনফাইন্ড জলের গবেষণায় গুরুত্বপূর্ণ বাস্তব-বিশ্বের অ্যাপ্লিকেশন রয়েছে। আমাদের দেহের বেশিরভাগ জল সরু গহ্বরের মধ্যে সীমাবদ্ধ থাকে যেমন কোষের অভ্যন্তরে, ঝিল্লির মধ্যে এবং ছোট কৈশিকগুলির মধ্যে, দলের নেতা নোট করেন ভেঙ্কট কপিল, একটি তাত্ত্বিক রসায়নবিদ এবং পদার্থ বিজ্ঞানী ক্যামব্রিজ বিশ্ববিদ্যালয়, যুক্তরাজ্য. পাথরের ভিতরে আটকে থাকা বা কংক্রিটে আটকে থাকা জলের ক্ষেত্রেও একই কথা। এই জলের আচরণ বোঝা তাই জীববিজ্ঞান, প্রকৌশল এবং ভূতত্ত্বের কেন্দ্রবিন্দু হতে পারে। এটি ভবিষ্যতের জলীয় ন্যানো ডিভাইসগুলির বিকাশের জন্য এবং ন্যানোফ্লুইডিক্স, ইলেক্ট্রোলাইট উপকরণ এবং জল বিশুদ্ধকরণের মতো অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্যও গুরুত্বপূর্ণ হতে পারে।
সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, গবেষকরা ন্যানোস্কেল মাত্রা সহ কৃত্রিম হাইড্রোফোবিক কৈশিকগুলি তৈরি করেছেন। এটি তাদের জলের বৈশিষ্ট্যগুলি পরিমাপ করতে সক্ষম করেছে যখন এটি চ্যানেলগুলির মধ্য দিয়ে যায় যা এতই সংকীর্ণ যে জলের অণুগুলির তাদের স্বাভাবিক হাইড্রোজেন বন্ধন প্যাটার্ন প্রদর্শন করার জন্য পর্যাপ্ত স্থান নেই।
মাত্র এক অণু পুরু
সর্বশেষ কাজে, কপিল এবং সহকর্মীরা দুটি গ্রাফিনের মতো শীটের মধ্যে আটকে থাকা জল অধ্যয়ন করেছিলেন, যেমন জলের স্তরটি কেবল এক অণু পুরু। পারমাণবিক সিমুলেশন ব্যবহার করে, যার লক্ষ্য একটি সিস্টেমে সমস্ত ইলেকট্রন এবং নিউক্লিয়াসের আচরণের মডেল করা, তারা জলের চাপ-তাপমাত্রার ফেজ চিত্রটি গণনা করেছে। এই চিত্রটি, যা একটি অক্ষে তাপমাত্রা এবং অন্য অক্ষে চাপ প্লট করে, একটি প্রদত্ত চাপ-তাপমাত্রার অবস্থায় জলের সবচেয়ে স্থিতিশীল পর্যায়টি প্রকাশ করে।
"এই সিমুলেশনগুলি সাধারণত গণনাগতভাবে খুব ব্যয়বহুল, তাই আমরা এই খরচ কমাতে পরিসংখ্যানগত পদার্থবিদ্যা, কোয়ান্টাম মেকানিক্স এবং মেশিন লার্নিংয়ের উপর ভিত্তি করে অনেকগুলি অত্যাধুনিক পদ্ধতির সমন্বয় করেছি," কপিল বলে ফিজিক্স ওয়ার্ল্ড. "এই গণনামূলক সঞ্চয়গুলি আমাদেরকে বিভিন্ন চাপ এবং তাপমাত্রায় সিস্টেমটিকে কঠোরভাবে অনুকরণ করতে এবং সবচেয়ে স্থিতিশীল পর্যায়গুলি অনুমান করার অনুমতি দেয়।"
গবেষকরা দেখেছেন যে মনোলেয়ার জল একটি আশ্চর্যজনকভাবে বৈচিত্র্যময় পর্যায়ের আচরণকে গর্বিত করে যা ন্যানোচ্যানেলের মধ্যে কাজ করে তাপমাত্রা এবং চাপের প্রতি অত্যন্ত সংবেদনশীল। কিছু নির্দিষ্ট নিয়মে, এটি একটি "হেক্সাটিক" পর্যায় দেখায়, যা একটি কঠিন এবং তরলের মধ্যে মধ্যবর্তী যা তথাকথিত KTHNY তত্ত্ব দ্বারা পূর্বাভাস দেওয়া হয় যা 2D বন্দীতে স্ফটিক গলানোর বর্ণনা করে। এই তত্ত্বটি তার বিকাশকারীদের অর্জন করেছে 2016 পদার্থবিজ্ঞানের জন্য নোবেল পুরস্কার 2D কঠিন পদার্থের ফেজ আচরণ সম্পর্কে আমাদের বোঝার অগ্রগতির জন্য।
উচ্চ বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা
গবেষকরা দেখেছেন যে ন্যানোকনফাইন্ড জল অত্যন্ত পরিবাহী হয়ে ওঠে, যার বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা ব্যাটারি সামগ্রীর তুলনায় 10-1000 গুণ বেশি। তারা আরও দেখেছে যে এটি একটি আণবিক পর্যায়ে অস্তিত্ব বন্ধ করে দেয়। "হাইড্রোজেন পরমাণুগুলি প্রায় তরলের মতো চলতে শুরু করে যদিও অক্সিজেনের জালি, বলুন একটি গোলকধাঁধায় ছুটে চলা শিশুদের মতো," কপিল ব্যাখ্যা করেন। "এই ফলাফলটি অসাধারণ কারণ এই ধরনের একটি প্রচলিত 'বাল্ক' সুপারিয়নিক ফেজ শুধুমাত্র দৈত্য গ্রহের অভ্যন্তরের মতো চরম পরিস্থিতিতে স্থিতিশীল হবে বলে আশা করা হচ্ছে। আমরা হালকা অবস্থার মধ্যে এটি স্থিতিশীল করতে সক্ষম হয়েছি।
ডেভিড থুলেস, ডানকান হ্যালডেন এবং মাইকেল কোস্টারলিটজ পদার্থবিজ্ঞানের জন্য 2016 সালের নোবেল পুরস্কার জিতেছেন
"এটি দেখে মনে হচ্ছে 2D তে উপকরণগুলিকে সীমাবদ্ধ করা খুব আকর্ষণীয় বৈশিষ্ট্য বা বৈশিষ্ট্যের দিকে নিয়ে যেতে পারে যা তাদের বাল্ক প্রতিরূপ শুধুমাত্র চরম পরিস্থিতিতে প্রদর্শন করে," তিনি চালিয়ে যান। "আমরা আশা করি আমাদের অধ্যয়ন আকর্ষণীয় বৈশিষ্ট্য সহ নতুন উপকরণ উন্মোচন করতে সাহায্য করবে। আমাদের বড় লক্ষ্য, তবে, জল বোঝা, বিশেষ করে যখন এটি আমাদের শরীরের অভ্যন্তরের মতো খুব জটিল অবস্থার সাপেক্ষে।
দলটি, যার মধ্যে ইউনিভার্সিটি কলেজ লন্ডন, ইউনিভার্সিটি ডি নাপোলি ফেদেরিকো II, পিকিং ইউনিভার্সিটি এবং তোহোকু ইউনিভার্সিটি, সেন্ডাইয়ের গবেষকরা রয়েছে, এখন তারা বাস্তব-বিশ্বের পরীক্ষায় অনুকরণ করা পর্যায়গুলি পর্যবেক্ষণ করার আশা করছেন। "আমরা গ্রাফিন-সদৃশ ব্যতীত অন্যান্য 2D উপকরণগুলিও অধ্যয়ন করছি কারণ এই সিস্টেমগুলি নীতিগতভাবে সংশ্লেষিত এবং পরীক্ষাগারে অধ্যয়ন করা যেতে পারে," কপিল প্রকাশ করে। "পরীক্ষার সাথে এক থেকে এক তুলনা করা তাই সম্ভব হওয়া উচিত - আঙ্গুলগুলি অতিক্রম করা।"
বর্তমান কাজ বিস্তারিত আছে প্রকৃতি.
