Как вода превращается в щёлочь и обратно экспресс
В кристалле из воды и едкого цезия атомы кислорода и цезия сидят на своих местах, как бусины в жёсткой сетке. Атомы водорода ведут себя иначе — они словно пассажиры, которые постоянно пересаживаются с места на место. В этом слоистом веществе каждый кислород связан с тремя соседями водородными мостиками, образуя подобие пчелиных сот.
Самое интересное происходит при нагреве: атом водорода может выскочить из соты, оставив после себя дырку. Эта дырка — как свободное место в переполненном автобусе — быстро перемещается, потому что соседняя молекула поворачивается и занимает её. Такой танец одиночных молекул создаёт сквозной поток зарядов, и кристалл начинает проводить ток, хотя сам остаётся твёрдым.
Когда водород перепрыгивает от воды к гидроксилу, рождается необычный рамановский сигнал. Вместо двух отдельных нот (от воды и от OH-группы) прибор слышит один широкий гул, а при высокой температуре появляется ещё и низкий гул — признак того, что обмен протонами идёт полным ходом. Авторы работы вывели формулу, которая связывает этот гул с частотой перескоков, и теперь по спектру можно будет измерять скорость химической реакции прямо в кристалле.
Водородная дырка в этом кристалле движется в сто раз быстрее, чем сами молекулы воды могли бы протискиваться сквозь решётку — как если бы пустое место в очереди бежало к кассе, а люди почти не двигались.
В романе «Ложная слепота» Питера Уоттса инопланетный корабль использует твёрдый протонный проводник — возможно, похожий на этот кристалл, где ток создают прыжки одиночных протонов, а не поток электронов.