Клеточная мембрана — это не просто стенка, а проходная с турникетами. В ней сидят белковые каналы, которые впускают и выпускают ионы и тем самым создают электрический заряд — как батарейка, от которой работают нервы и мышцы. Инженеры давно пытаются сделать такие каналы искусственно, но у них не получалось воспроизвести одну хитрую деталь — дипольный потенциал. Это крошечное электрическое поле у входа в канал, толщиной всего в несколько ангстрем (один ангстрем — десять миллиардных долей метра, как одна десятитысячная толщины человеческого волоса).
Группа исследователей взяла материал сульфид-селенид молибдена (MoSSe) толщиной в один атом. У него внутри уже есть встроенное электрическое поле — как у двух половинок одной монеты, заряженных по-разному. В этом листе проделали пору нанометрового размера. И тут началось странное. Обычно чем больше соли в воде, тем лучше она проводит ток: ионов больше — ток больше. Здесь же ток не менялся, даже когда концентрацию соли увеличивали в миллион раз. Пора работала как ограничитель: сколько бы ионов ни толпилось у входа, внутрь проходило всегда одно и то же количество за секунду.
Компьютерное моделирование показало, что всё дело в воде внутри поры. В таком узком пространстве молекулы воды выстраиваются в особый порядок и перестают быть обычной жидкостью. Встроенное поле материала меняет свойства этой воды, и она начинает пропускать ионы всегда с одной скоростью, как конвейер с фиксированной лентой. Это открытие даёт новый способ управлять ионным транспортом — без изменения размера поры, просто за счёт её материала.
Один ангстрем — это десять миллиардных долей метра. Если увеличить атом до размера футбольного мяча, то ангстрем станет длиной футбольного поля.
В сериале «Пространство» (The Expanse) ионные двигатели кораблей работают на электрическом поле, разгоняющем ионы. Управление ионными потоками через нанопоры — шаг к таким технологиям в реальности.