短纳米管中的单向定向水线

水分子的取向是水在细小纳米管中快速传输的关键因素。人们已公认，在长纳米管中于外场下维持水分子取向时，短纳米管中的双向水突发可转变为单向传输。在本工作中，基于分子动力学模拟和第一性原理计算，我们表明在无外场下，仅需21个水分子即可在碳纳米管中于秒量级内在本质上维持单向单列水。详细分析表明，这一惊人结果来自水链翻转的逐步过程，不同于所认为的协同机制。考虑到细胞膜厚度（通常5-10 nm）大于单向水线的长度阈值，本研究提示在宏观时间尺度上可能无需外场来维持水通道中的单向流。