Water dat tussen twee platen op een afstand van slechts enkele nanometers wordt geklemd, gedraagt zich niet langer als een gewone vloeistof. De diëlektrische permittiviteit langs het vlak van de laag schiet boven de duizend uit, terwijl die loodrecht op de wanden daalt tot twee à drie eenheden. Tegelijkertijd neemt de protonengeleiding scherp toe.
De gangbare voorstelling van water als een eenvoudig medium met een constante permittiviteit gaat hier niet op. Wanneer de dikte van de spleet minder dan vijf nanometer bedraagt, bevindt vrijwel al het water zich in de invloedszone van de oppervlakken. De moleculen kunnen zich niet vrij in drie dimensies oriënteren — hun dipolen zijn gedwongen in het vlak te liggen.
Deze beperking verlengt de correlaties tussen naburige dipolen. In plaats van lokale fluctuaties ontstaan domeinen van honderden moleculen die door waterstofbruggen verbonden zijn en in onderling afgestemde mate oscilleren. Dergelijke collectieve bewegingen versterken de respons op een elektrisch veld in het vlak en onderdrukken die in de loodrechte richting.
Een theoretisch model dat is opgebouwd op de lineaire respons met een exponentiële kern van polarisatiecorrelaties levert universele schalingswetten op. De diëlektrische permittiviteit neemt toe evenredig met het kwadraat van de correlatielengte, en de geleiding omgekeerd evenredig met de dikte van de laag. De berekeningen komen kwantitatief overeen met de experimenten in het bereik van dikten van één tot vijf nanometer.
Nanobegrensd water gedraagt zich als een gecorreleerde polaire vloeistof met ferro-elektrische trekken. De eigenschappen ervan worden niet bepaald door de geometrie van de condensator, maar door collectieve fluctuaties van de dipolen. Dit opent de weg naar het sturen van ionentransport en chemische activiteit in nanokanalen en nanoporiën.
Inzicht in het mechanisme maakt het mogelijk het gedrag van water te voorspellen in biologische membranen, grafeenkanalen en nanomaterialen, waar de dikte van de laag in nanometers wordt gemeten.
