El agua atrapada entre dos placas separadas por apenas unos nanómetros deja de comportarse como un líquido común. Su permitividad dieléctrica a lo largo del plano de la capa se dispara por encima de mil, mientras que perpendicularmente a las paredes cae hasta dos o tres unidades. Al mismo tiempo, la conductividad protónica aumenta bruscamente.
Las ideas habituales sobre el agua como un medio simple con permitividad constante no funcionan aquí. Cuando el grosor del intersticio es inferior a cinco nanómetros, casi toda el agua queda en la zona de influencia de las superficies. Las moléculas no pueden orientarse libremente en tres dimensiones: sus dipolos se ven obligados a yacer en el plano.
Esta restricción alarga las correlaciones entre dipolos vecinos. En lugar de fluctuaciones locales surgen dominios de cientos de moléculas, unidas por enlaces de hidrógeno y que oscilan de forma concertada. Tales movimientos colectivos intensifican la respuesta al campo eléctrico en el plano y la suprimen en la dirección perpendicular.
El modelo teórico, construido sobre la respuesta lineal con un núcleo exponencial de correlaciones de polarización, ofrece leyes de escala universales. La permitividad dieléctrica crece proporcionalmente al cuadrado de la longitud de correlación, y la conductividad, inversamente proporcional al grosor de la capa. Los cálculos coinciden cuantitativamente con los experimentos en el intervalo de grosores de uno a cinco nanómetros.
El agua nanoconfinada se comporta como un líquido polar correlacionado con rasgos ferroeléctricos. Sus propiedades no vienen determinadas por la geometría del condensador, sino por las fluctuaciones colectivas de los dipolos. Esto abre el camino al control del transporte iónico y de la actividad química en nanocanales y nanoporos.
Comprender el mecanismo permite predecir el comportamiento del agua en membranas biológicas, canales de grafeno y nanomateriales, donde el grosor de la capa se mide en nanómetros.
