名古屋大学，独マックスプランクポリマー研究所，中国厦門大学，中国東南大学は，ナノメートルレベルの空間に閉じ込められた水の構造を和周波発生分光スペクトルの理論シミュレーションと計測を通じて明らかにした（ニュースリリース）。
ナノスケールの領域に閉じ込められた水は，通常の状態にある水とは大きく異なる物性を示すことが発見されてきたが，その性質がどのような特異な水素結合ネットワークに起因するのかは未解明だった。
研究グループは，表面を選択的に検出できる和周波発生（SFG）分光スペクトルの測定と，機械学習を利用した高精度分子動力学シミュレーションを組み合わせることにより，閉じ込めによる水素結合ネットワークへの影響を評価した。
サンプルとしてCaF2とグラフェンの間にナノメートルスケールで閉じ込められた水を観測した。そのサンプルのSFGスペクトルは，1.閉じ込められた水の構造，2.CaF2と接触した水の構造，3.グラフェンと接触した水の構造を反映したものと期待される。
2.と3.についてのSFGスペクトルは，CaF2やグラフェンと接触した閉じ込められていない通常の水のSFG測定から得られるので，閉じ込められた水のSFGスペクトルと閉じ込められていない水のSFGスペクトルを比較することで，1.閉じ込められた水の構造の影響を見積もることができる。
しかし，光が閉じ込められた水と閉じ込められていない水で同じように屈折するのか定かではない。実験結果を厳密に検証するためには，SFGスペクトルを計算する分子動力学シミュレーションが有用。何も仮定を入れる必要のないシミュレーションで実験と同じ結論を得られれば，実験で用いた仮定が問題ないことを理解できる。
CaF2，水，その界面をすべて記述可能な古典力場は存在しないため，第一原理分子動力学シミュレーションに加え，DeepPot-SEという機械学習分子動力学シミュレーションを行ない，SFGスペクトルを計算し実験と比較した。
その結果，閉じ込められた水のSFGスペクトルは，①3200cm-1近辺の負のピーク，②3460cm-1近辺の正のピーク，③3670cm-1の正のピークからなり，別途測定・シミュレーションした水/グラフェン，CaF2/水のスペクトルを足し合わせたものとよく一致した。
研究グループは，ナノ構造を活用した新規材料設計への今回の知見の活用が期待されるとしている。
