الماء المحصور بين صفيحتين تفصلهما مسافة بضعة نانومترات فقط يكفّ عن التصرف كسائل عادي. فسماحيته العازلة على امتداد مستوى الطبقة تقفز إلى ما يتجاوز الألف، بينما تنخفض عموديًا على الجدارين إلى وحدتين أو ثلاث. وفي الوقت نفسه ترتفع الموصلية البروتونية ارتفاعًا حادًا.
التصورات المألوفة عن الماء كوسط بسيط ذي سماحية ثابتة لا تجدي نفعًا هنا. فعندما تكون ثخانة الفجوة أقل من خمسة نانومترات، يصبح الماء كله تقريبًا في نطاق تأثير السطحين. ولا تستطيع الجزيئات أن تتوجه بحرية في الأبعاد الثلاثة — إذ تُضطر ثنائيات أقطابها إلى الاستلقاء في المستوى.
هذا القيد يطيل الارتباطات بين ثنائيات القطب المتجاورة. فبدلًا من التقلبات الموضعية تنشأ نطاقات من مئات الجزيئات المرتبطة بروابط هيدروجينية والتي تتذبذب بتوافق. وهذه الحركات الجماعية تعزز الاستجابة للمجال الكهربائي في المستوى وتكبحها في الاتجاه العمودي.
النموذج النظري المبني على الاستجابة الخطية بنواة أسية لارتباطات الاستقطاب يعطي قوانين قياس شاملة. فالسماحية العازلة تنمو طرديًا مع مربع طول الارتباط، أما الموصلية فتنمو عكسيًا مع ثخانة الطبقة. وتتوافق الحسابات كميًا مع التجارب في نطاق ثخانات يمتد من واحد إلى خمسة نانومترات.
الماء المحصور نانويًا يتصرف كسائل قطبي مترابط ذي سمات كهربائية حديدية. ولا تتحدد خصائصه بهندسة المكثف، بل بالتقلبات الجماعية لثنائيات القطب. وهذا يفتح الطريق إلى التحكم في النقل الأيوني والنشاط الكيميائي في القنوات النانوية والمسام النانوية.
إن فهم هذه الآلية يتيح التنبؤ بسلوك الماء في الأغشية الحيوية وقنوات الغرافين والمواد النانوية، حيث تُقاس ثخانة الطبقة بالنانومترات.
