p Nanotubos de carbono de parede única agem como pequenos canudos tão estreitos que a água confinada nele não pode congelar em sua estrutura normal de cristal. Em particular, em nanotubos muito finos, as moléculas de água se alinham em uma única fileira. Em temperatura ambiente, cada molécula permanece orientada em uma direção aleatória, criando uma cadeia desordenada. Pela primeira vez, os cientistas observaram que em um frio 150 K, essas moléculas passam por uma transição de quase-fase. Nesta transição, as moléculas se orientam de uma forma altamente estruturada, arranjo classicamente ligado por hidrogênio. p Água limpa é vital para as pessoas, colheitas e pecuária. Tecnologias que usam nanotubos de carbono podem beneficiar a purificação e dessalinização da água. A criação de tais dispositivos exige saber como se comporta a água confinada em tais tubos. Também, saber como a água se comporta em espaços apertados ajudará os cientistas a estudar outros sistemas complexos, por exemplo, como as toxinas se movem através das paredes celulares.

p Embora os cientistas saibam que as moléculas confinadas em nanotubos de parede única se comportam de maneira diferente de suas contrapartes em massa, anteriormente era impossível estudar essas interações em um ambiente verdadeiramente uniforme. Pela primeira vez, os cientistas foram capazes de selecionar nanotubos da mesma quiralidade e com um diâmetro muito pequeno que só pode ser preenchido com uma molécula de água após a outra, produzindo uma cadeia de arquivo único. Ao estudar as propriedades de fotoluminescência de nanotubos vazios em comparação com nanotubos cheios de água, pesquisadores notaram uma mudança repentina na cor de emissão de nanotubos preenchidos em ~ 150 K. Estudos anteriores observaram mudanças mais gerais, mas os cientistas não puderam determinar a temperatura exata da mudança e só puderam especular sobre a causa por trás da mudança. Neste experimento controlado, onde uma comparação direta foi feita entre nanotubos cheios de água e vazios, pesquisadores detectaram estruturas altamente ordenadas de água dentro desses nanotubos, um estado que anteriormente só havia sido previsto por simulações teóricas.

p O grupo realizou simulações de dinâmica molecular neste sistema em função da temperatura. Eles determinaram que a orientação do dipolo da água é a base da transição de fase. Esta descoberta abre espaço para mais teoria para explicar a transição de quase-fase, enquanto todo o estudo avança na compreensão das moléculas confinadas para uso no estudo de sistemas naturais complexos e no desenvolvimento de novas aplicações microfluídicas.