Woda uwięziona między dwiema płytkami w odległości zaledwie kilku nanometrów przestaje zachowywać się jak zwykła ciecz. Jej przenikalność dielektryczna wzdłuż płaszczyzny warstwy wzrasta powyżej tysiąca, a prostopadle do ścianek spada do dwóch–trzech jednostek. Jednocześnie gwałtownie rośnie przewodność protonowa.
Zwykłe wyobrażenia o wodzie jako o prostym ośrodku o stałej przenikalności nie sprawdzają się tutaj. Gdy grubość szczeliny jest mniejsza niż pięć nanometrów, niemal cała woda znajduje się w strefie oddziaływania powierzchni. Cząsteczki nie mogą swobodnie orientować się w trzech wymiarach — ich dipole są zmuszone leżeć w płaszczyźnie.
To ograniczenie wydłuża korelacje między sąsiednimi dipolami. Zamiast lokalnych fluktuacji powstają domeny złożone z setek cząsteczek, powiązanych wiązaniami wodorowymi i oscylujących w sposób skoordynowany. Takie zbiorowe ruchy wzmacniają odpowiedź na pole elektryczne w płaszczyźnie i tłumią ją w kierunku prostopadłym.
Model teoretyczny, zbudowany na odpowiedzi liniowej z wykładniczym jądrem korelacji polaryzacji, daje uniwersalne prawa skalowania. Przenikalność dielektryczna rośnie proporcjonalnie do kwadratu długości korelacji, a przewodność — odwrotnie proporcjonalnie do grubości warstwy. Obliczenia ilościowo zgadzają się z eksperymentami w zakresie grubości od jednego do pięciu nanometrów.
Woda w nanograniczeniu zachowuje się jak skorelowana ciecz polarna o cechach ferroelektrycznych. Jej właściwości określają nie geometria kondensatora, lecz zbiorowe fluktuacje dipoli. Otwiera to drogę do sterowania transportem jonowym i aktywnością chemiczną w nanokanałach i nanoporach.
Zrozumienie mechanizmu pozwala przewidywać zachowanie wody w błonach biologicznych, kanałach grafenowych i nanomateriałach, gdzie grubość warstwy mierzy się w nanometrach.
