L'acqua, intrappolata tra due piastre a una distanza di appena pochi nanometri, smette di comportarsi come un liquido ordinario. La sua permittività dielettrica lungo il piano dello strato sale oltre il migliaio, mentre perpendicolarmente alle pareti scende a due-tre unità. Allo stesso tempo la conducibilità protonica cresce bruscamente.
Le concezioni usuali dell'acqua come semplice mezzo con permittività costante qui non funzionano. Quando lo spessore dell'intercapedine è inferiore a cinque nanometri, quasi tutta l'acqua si trova nella zona di influenza delle superfici. Le molecole non possono orientarsi liberamente nelle tre dimensioni: i loro dipoli sono costretti a giacere nel piano.
Questo vincolo allunga le correlazioni tra dipoli vicini. Al posto delle fluttuazioni locali sorgono domini di centinaia di molecole, legate da legami a idrogeno e oscillanti in modo coordinato. Tali moti collettivi amplificano la risposta al campo elettrico nel piano e la sopprimono nella direzione perpendicolare.
Il modello teorico, costruito sulla risposta lineare con un nucleo esponenziale delle correlazioni di polarizzazione, fornisce leggi di scala universali. La permittività dielettrica cresce in proporzione al quadrato della lunghezza di correlazione, mentre la conducibilità è inversamente proporzionale allo spessore dello strato. I calcoli coincidono quantitativamente con gli esperimenti nell'intervallo di spessori da uno a cinque nanometri.
L'acqua nanoconfinata si comporta come un liquido polare correlato con tratti ferroelettrici. Le sue proprietà sono determinate non dalla geometria del condensatore, ma dalle fluttuazioni collettive dei dipoli. Questo apre la via al controllo del trasporto ionico e dell'attività chimica nei nanocali e nei nanopori.
La comprensione del meccanismo permette di prevedere il comportamento dell'acqua nelle membrane biologiche, nei canali di grafene e nei nanomateriali, dove lo spessore dello strato si misura in nanometri.
