第一作者：T. Mouterde, A. Keerthi
通訊作者：A. K. Geim、L. Bocquet、B. Radha
通訊單位：法國巴黎高等師范學院、英國曼徹斯特大學
研究亮點：
1. 揭示了分子尺度限域下，一種類似于晶體管的電流體力學效應。
2. 研究了不同材料門控效應的差異性原因。
流體限域流動
近十年來，通過納米管和納米孔等納米尺度通道將流體限制在納米尺度，出現了許多新奇的水和離子運輸現象。隨者二維納米材料的范德華組裝技術不斷發展，研究人員可以成功創造具有埃級精度的人造通道，將流體限域從納米尺度延伸至分子尺度，不再滿足流體連續性方程的適用條件。
分子尺度下的水膜可以重構成介電常數明顯下降的單層/雙層結構，或是形成室溫冰相。在這種限域通道內，離子運動受到通道壁與離子水化層之間相互作用的影響，且水的運輸也強烈依賴于通道壁材料。
成果簡介
為了研究這種限域條件下水和離子運輸是如何耦合的，法國巴黎高等師范學院L. Bocquet團隊和英國曼徹斯特大學A. K. Geim（石墨烯發現者之一）團隊、B. Radha團隊聯合，對分子尺寸狹縫狀通道中的離子液體運輸進行了測量。
圖1. 壓力、電壓驅動電流的實驗裝置
要點1：門控效應
研究表明，分子尺度下流體運輸是由壓力和外加電場驅動，表現出一種類似于晶體管的電流體力學效應。較小的偏壓（ΔV ≈ 75 mV）即可將壓力驅動的離子運輸提高20倍（通過電滲遷移率表征）。
要點2：門控效應在不同材料中的差異性
這種門控效應在石墨和六方BN中均可觀測到，但因材料不同存在顯著的差異性。為了解釋這種差異性，作者采用改進的連續性框架，對材料依賴的水分子，離子，以及限域表面之間的摩擦作用進行了解釋和詳細描述。
圖2. 不同偏壓和通道材料下的凈電流
小結
總之，分子尺度限域下對流體運輸的高度非線性門控可為控制分子、離子運輸提供新路徑，同時為探索可能在最近發現的機械敏感性離子通道中起著關鍵作用的機電耦合提供了新方法。
參考文獻：
Mouterde T, Keerthi A, Poggioli A R, etal. Molecular streaming and its voltage control in ?ngstr?m-scale channels.Nature, 2019.
DOI: 10.1038/s41586-019-0961-5
https://www.nature.com/articles/s41586-019-0961-5#article-info
