Новинка может стать основой для фильтрации воды, селективной добычи металлов и даже ионной электроники будущего.

Мембрана работает по принципу клеточной оболочки — она может усиливать или подавлять поток определенных ионов в зависимости от условий. Ключевым открытием стало то, что даже следовые концентрации металлов, таких как свинец, кобальт или барий, радикально меняют поведение ионов в наноканалах размером в ангстрем (менее нанометра).

Например, повышение содержания ионов свинца всего на 1% удваивает поток ионов калия. Это происходит не из-за ускорения движения калия, а за счет замедления конкурентных ионов, что позволяет калию соединяться с хлором в нейтральную соль, которая легче проходит сквозь мембрану. Дополнительно, введение ионов кобальта или бария нарушает этот эффект, блокируя образование пары калий-хлор.

Эта динамическая система, основанная на неэлектрических взаимодействиях и точно смоделированная с помощью нестационарной молекулярной динамики, позволяет переключать транспорт ионов, подобно биологическому «включено/выключено».

Внедрение таких мембран может существенно изменить методы очистки воды — удаляя только вредные вещества — и повысить эффективность добычи ценных ресурсов, например литий из морской воды. Также они могут стать основой новой эры ионной электроники.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.