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» Diario Cordoba
Fecha: 31/10/2025 13:12
El agua, la sustancia más estudiada de la Tierra, acaba de desafiar los cimientos de la física de los líquidos. Cuando es forzada a confinarse en espacios tan diminutos como el ancho de unas pocas moléculas, se convierte en algo completamente desconocido hasta ahora y adquiere propiedades eléctricas tan extremas que la sitúan al nivel de materiales avanzados como los ferroeléctricos y los líquidos superiónicos. El hallazgo, protagonizado por científicos de la Universidad de Manchester bajo la dirección de Laura Fumagalli y André Geim (Premio Nobel por su trabajo sobre el grafeno) y publicado en la revista ‘Nature’, reconfigura el mapa de la física de los líquidos y promete tener un impacto directo en el desarrollo de la próxima generación de baterías y biosensores. En condiciones normales, la capacidad del agua para responder a un campo eléctrico se mide con una constante dieléctrica de alrededor de 80. La intuición científica, basada en experimentos previos, sugería que el agua confinada entre superficies sólidas se volvía ‘eléctricamente muerta’ y perdía polarizabilidad. No es así. Una sorpresa mayúscula El equipo de Manchester ha demostrado justo lo contrario. Utilizando una técnica de precisión extrema, la microscopía dieléctrica de barrido, los investigadores midieron la respuesta del agua contenida en nanoestructuras de grafito con canales de apenas uno o dos nanómetros. La sorpresa fue mayúscula: cuando la medición se hacía en paralelo a las paredes confinantes, la constante dieléctrica del agua se disparaba a valores cercanos a 1000. La investigación también revela que el agua confinada existe en dos regímenes eléctricos distintos. / Pixabay "Imagínenselo como si el agua tuviera doble personalidad. En una dirección está eléctricamente muerta, pero al mirarla de perfil, de repente se vuelve eléctricamente hiperactiva. Nadie esperaba un comportamiento tan dramático", explica Fumgalli. Es en este régimen de confinamiento ‘cuasi-bidimensional’ en el que emergen las propiedades excepcionales, con su ferroelectricidad y conductividad superiónica. Esa magnitud no es trivial. Es comparable a la de los materiales ferroeléctricos, utilizados en la electrónica avanzada por su capacidad para almacenar y liberar carga de manera eficiente. Estado ‘superiónico’ La segunda ‘superpropiedad’ observada fue la conductividad. En el mismo estado de confinamiento extremo, la facilidad con que los protones (iones de hidrógeno) se mueven a través del agua se aceleró drásticamente, alcanzando picos de hasta 3 siemens por metro. Esta cifra es característica de los líquidos superiónicos, empleados en el desarrollo de baterías de estado sólido de alta eficiencia. El secreto detrás de esta transformación reside en la arquitectura más profunda del agua: su red de enlaces de hidrógeno. En el estado líquido habitual, esta red es dinámica, pero ordenada. Bajo el confinamiento extremo, esta red se distorsiona y desordena de manera caótica. El agua, comprimida a dimensiones atómicas, experimenta una transición abrupta a un nuevo estado 'superiónico'. / Pixabay Paradójicamente, este desorden estructural es el que facilita un alineamiento más rápido de los dipolos eléctricos de las moléculas de agua y, a su vez, acelera el transporte de protones, dando lugar a este estado ‘superiónico’. Comprimida a su mínima expresión "Así como el grafeno reveló una física inesperada cuando se redujo a una sola capa atómica, esta investigación demuestra que incluso el agua, el líquido más estudiado de la Tierra, puede sorprendernos cuando se comprime hasta su mínima expresión", concluye Geim, comparando este hallazgo con el descubrimiento que le reportó el Nobel. El estudio no es un mero ejercicio académico. Sus implicaciones son vastas, tanto en la física como en la química, la biología y la electrónica, abarcando campos que dependen fundamentalmente de la interacción del agua con las superficies nanométricas. En biología molecular, este comportamiento extremo del agua podría explicar mejor el transporte iónico a través de las membranas celulares y las interacciones del agua con las superficies de las proteínas, procesos vitales que se rigen por las mismas fuerzas eléctricas exploradas en este trabajo. El confinamiento extremo altera la red de enlaces de hidrógeno del agua. / Pixabay ‘Talentos extraordinarios’ En la tecnología, el descubrimiento abre un abanico de posibilidades para la investigación aplicada, Por ejemplo, el diseño de baterías más eficientes basadas en el control del transporte protónico, la optimización de dispositivos nanofluídicos o el desarrollo de sensores ultrasensibles. El trabajo de la Universidad de Manchester obliga a la ciencia a reescribir una vez más la física de lo familiar. Lo que parecía un líquido ordinario se muestra ahora como un sistema con ‘talentos extraordinarios’ que estaban ocultos, prometiendo influir en la tecnología del futuro y en la comprensión de los procesos naturales. El equipo confía en que su metodología pionera pueda aplicarse en el futuro para explorar las propiedades de otros líquidos en condiciones de confinamiento extremo, prometiendo continuar develando los misterios de la materia a la escala más íntima.
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