Objevili jsme, že vodíkové vazby se eliminují a Coulombické interakce dominují v molekulách vody lokalizovaných do nanokanálků v minerálu kordierit. Jejich dipólový moment je orientovaný kolmo na osu kanálku c a naše dielektrická spektroskopie odhalila jejich uspořádání při ~3 K. Kritická dielektrická relaxace vyvolávající toto uspořádání je polarizovaná podél osy a a leží v radiofrekvenčním oboru. Měření feroelektrické spontánní polarizace určilo při 0.3 K saturovanou hodnotu ~3 nC/cm2.
Molekuly vody lokalizované ve strukturních nano-kanálcích krystalů představují možnost jak eliminovat vodíkové vazby dominující mezi molekulami vody na vzdálenostech do ~2 Å, které zabraňují uspořádání jejich dipólových momentů. Na větších vzálenostech 1-10 nm se pak uplatňují coulombovské interakce, které mohou vést k jejich uspořádání. Navázali jsme na naše předchozí studium minerálu berylu, kde jsme při ochlazení detekovali tendence k feroelektrickému uspořádání, tzv. incipientní feroelektrické chování. Minerál cordierit (Mg,Fe)2Al4Si5O18 obsahuje též strukturní kanálky obdobné těm v berylu, v nichž jsou řetízky molekul vody ideálně přizpůsobené ke studiu tohoto uspořádání (obr. 1).
Krystalová struktura je ortorombická, kanálky ve směru osy c jsou od sebe 9,9 Å vzdálené a molekuly vody v kanálcích ve směru c jsou od sebe 4,7 Å. Jejich dipólový moment je kolmo k ose kanálků a naše studium pomocí dielektrické spektroskopie ukázalo jejich uspořádání při teplotě ~3 K. Kritická relaxace vedoucí k tomuto uspořádání je polarizovaná ve směru osy a a leží v radiofrekvenční oblasti (obr. 2). Měření spontánní polarizace dává nasycenou hodnotu ~3 nC/cm2 při 0,3 K. Z výpočtů molekulární dynamikou vychází feroelektrické uspořádání v rovině kolmé na kanálky a antiferoelektrické uspořádání podél kanálků.
Kontaktní osoba: Jan Petzelt