Нет сомнений в том, что вода имеет большое значение. Без нее жизнь никогда бы не началась, не говоря уже о том, чтобы продолжаться сегодня, не говоря уже о ее роли в самой окружающей среде, поскольку океаны покрывают более 70% Земли.
Но, несмотря на свое повсеместное распространение, жидкая вода обладает некоторыми электронными сложностями, которые уже давно озадачивают ученых в области химии, физики и технологий. Например, сродство к электрону, т. е. стабилизация энергии, которой подвергается свободный электрон при захвате водой, остается плохо изученным с экспериментальной точки зрения.
Даже самая точная на сегодняшний день теория электронной структуры не смогла прояснить картину, а это означает, что важные физические величины, такие как энергия, с которой электроны из внешних источников могут быть инжектированы в жидкую воду, остаются неуловимыми. Эти свойства имеют решающее значение для понимания поведения электронов в воде и могут играть роль в биологических системах, экологических циклах и технологических приложениях, таких как преобразование солнечной энергии.
В недавнем исследовании ученые EPFL Алексей Таль, Томас Бишофф и Альфредо Паскарелло добились значительных успехов в расшифровке загадки. Их исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, рассматривает электронную структуру воды с использованием вычислительных методов , выходящих за рамки самых передовых сегодняшних подходов.
Исследователи изучали воду, используя метод, основанный на «теории возмущений многих тел». Это сложная математическая структура, используемая для изучения взаимодействий нескольких частиц внутри системы, таких как электроны в твердом теле или молекуле, и изучения того, как эти частицы влияют на поведение друг друга, не изолированно, а как часть более крупной взаимодействующей группы.
Проще говоря, теория возмущений многих тел — это способ расчета и прогнозирования свойств системы многих частиц с учетом всех сложных взаимодействий между ее компонентами.
Но физики доработали теорию с помощью «вершинных поправок»: модификаций теории возмущений многих тел, которые объясняют сложные взаимодействия между частицами за пределами простейших приближений.
Вершинные поправки уточняют теорию, принимая во внимание, как эти взаимодействия влияют на энергетические уровни частиц, например, на их реакцию на внешние поля или на их собственную энергию. Короче говоря, вершинные поправки приводят к более точным предсказаниям физических свойств в системе многих частиц.
Моделирование жидкой воды является особенно сложной задачей. Молекула воды содержит один атом кислорода и два атома водорода, и ключевую роль играют как их тепловое движение, так и квантовая природа их ядер. Принимая во внимание эти аспекты, исследователи точно определили электронные свойства воды, такие как ее потенциал ионизации, сродство к электрону и запрещенная зона. Эти результаты необходимы для понимания того, как вода взаимодействует со светом и другими веществами на электронном уровне.
«Наше исследование энергетических уровней воды согласовывает теорию высокого уровня с экспериментом», — говорит Альфредо Паскуарелло. Алексей Таль далее подчеркивает важность новой методологии: «Благодаря расширенному описанию электронной структуры мы также смогли получить точный спектр поглощения».
Результаты имеют дополнительные последствия. Теоретические разработки, примененные командой EPFL, закладывают основу для нового универсально применимого стандарта для достижения точной электронной структуры материалов. Это обеспечивает высокопрогностический инструмент, который потенциально может революционизировать наше фундаментальное понимание электронных свойств в науке о конденсированных средах, а также найти применение в поиске свойств материалов с конкретными электронными функциональными возможностями.
Восстановлен некогда утраченный текст христианской рукописи
Цифровые методики анализа древних манускриптов позволили международной команде ученых восстановить 42 утраченные страницы Кодекса H — греческой рукописи VI века с Посланиями святого апостола Павла. Рукопись является важным источником для…
Ученые выяснили, что представляет собой самый загадочный вулкан в мире
Вулкану Этна более полумиллиона лет, но этот огромный стратовулкан на Сицилии до сих пор полон энергии. Этот гигант высотой 3400 метров является самым активным вулканом в Европе, часто производя несколько…
Бомбардировка микрометеоритами оставила на Рюгу богатую натрием оболочку
Миссия Hayabusa2 Японского космического агентства (JAXA) доставила на Землю образцы астероида Рюгу, находящегося неподалеку и представляющего большой интерес. Эта миссия стала первой в истории, которая собрала образцы с поверхности астероида,…
МО: за ночь над территорией России сбили три украинских БПЛА
Российские средства ПВО за ночь уничтожили над Брянской областью три украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи дежурными средствами ПВО уничтожены три украинских беспилотных летательных…
В Белгородской области за сутки от атак ВСУ погиб человек, еще шесть получили ранения
Вооруженные силы Украины продолжают атаковать территорию Белгородской области, за минувшие сутки в результате ударов один человек погиб, еще шесть получили ранения. Об этом сообщается в Telegram-канале оперштаба региона. "В Шебекинском…
Сотрудник ЗАЭС погиб при ударе беспилотника ВСУ
Сотрудник Запорожской атомной электростанции, водитель погиб в результате удара БПЛА ВСУ по территории транспортного цеха. Об этом сообщили на ЗАЭС. "Сегодня в результате удара беспилотного летательного аппарата ВСУ по территории…
Новое покушение выявило разлад в администрации президента Трампа
Жизнь Дональда Трампа вновь попала под угрозу: против главы Белого дома было организовано уже четвер...
Daily Mail: Летучие мыши распространяют новый опасный для людей вирус
Международному научному коллективу удалось обнаружить новый коронавирус у летучих мышей, который уже...
Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.
Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций
(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. При использовании, полном или частичном
цитировании материалов planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с
точкой зрения редакции. На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии
предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей
сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)".