Air yang terjepit di antara dua pelat pada jarak hanya beberapa nanometer berhenti berperilaku seperti cairan biasa. Permitivitas listriknya di sepanjang bidang lapisan melonjak di atas seribu, sedangkan yang tegak lurus terhadap dinding turun hingga dua sampai tiga satuan. Pada saat yang sama, konduktivitas proton meningkat tajam.
Gagasan biasa tentang air sebagai medium sederhana dengan permitivitas konstan tidak berlaku di sini. Ketika ketebalan celah kurang dari lima nanometer, hampir seluruh air berada dalam zona pengaruh permukaan. Molekul-molekul tidak dapat berorientasi secara bebas dalam tiga dimensi — dipolnya terpaksa terletak pada bidang.
Pembatasan ini memperpanjang korelasi antar dipol tetangga. Alih-alih fluktuasi lokal, muncul domain yang terdiri dari ratusan molekul, yang terikat oleh ikatan hidrogen dan berosilasi secara terkoordinasi. Gerakan kolektif semacam itu memperkuat respons terhadap medan listrik pada bidang dan menekannya dalam arah tegak lurus.
Model teoretis yang dibangun atas respons linear dengan inti korelasi polarisasi eksponensial memberikan hukum penskalaan universal. Permitivitas listrik tumbuh sebanding dengan kuadrat panjang korelasi, sedangkan konduktivitas berbanding terbalik dengan ketebalan lapisan. Perhitungannya secara kuantitatif sesuai dengan eksperimen dalam rentang ketebalan dari satu hingga lima nanometer.
Air yang terbatas pada skala nano berperilaku sebagai cairan polar terkorelasi dengan ciri feroelektrik. Sifat-sifatnya ditentukan bukan oleh geometri kapasitor, melainkan oleh fluktuasi kolektif dipol. Hal ini membuka jalan untuk mengendalikan transpor ion dan aktivitas kimia dalam nanokanal dan nanopori.
Pemahaman tentang mekanismenya memungkinkan prediksi perilaku air dalam membran biologis, kanal graphene, dan nanomaterial, yang ketebalan lapisannya diukur dalam nanometer.
