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.
Астрономы обнаружили огромный астероид, вращающийся с невероятной скоростью
Обсерватория имени Веры К. Рубин в Чили обнаружила самый быстро вращающийся крупный астероид из когда-либо наблюдавшихся. Несмотря на диаметр более полукилометра, этот астероид вращается примерно раз в 1,9 минуты —…
Под Большим Солёным озером может находиться огромное водохранилище пресной воды
На первый взгляд, Большое Соленое озеро выглядит как место, где пресной воде просто не место. Его поверхность покрыта толстым слоем соли, а сокращение береговой линии становится все большей проблемой для…
Обнаружен мир массой с Сатурн, вращающийся вокруг двух маломассивных звезд
Международная группа исследователей объявила об открытии экзопланеты размером с Сатурн, вращающейся вокруг двух звезд типа M-карликов, которые меньше и холоднее нашего Солнца. Результаты этого невероятного открытия были опубликованы в журнале…
МО: за ночь над регионами России сбили 249 украинских БПЛА
Российские средства ПВО перехватили и уничтожили за ночь над регионами РФ 249 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи дежурными средствами ПВО перехвачены и уничтожены…
ВСУ за сутки атаковали Белгородскую область с помощью более 110 БПЛА
Вооруженные силы Украины (ВСУ) атаковали населенные пункты Белгородской области с помощью более 110 беспилотников и выпустили 8 боеприпасов за минувшие сутки. Об этом сообщили в Telegram-канале оперштаба региона. "В Грайворонском…
Хинштейн: ВСУ за сутки 39 раз обстреляли из артиллерии Курскую область
Более 50 беспилотников Вооруженных сил Украины были сбиты на территории Курской области за прошедшие сутки, 39 раз ВСУ атаковали отселенные районы региона при помощи артиллерии. Об этом сообщил губернатор Александр…
Война в Иране: польский интерес
Американо-израильская агрессия против Ирана вызвала у польских политиков приступ верноподданнических...
Горбатые киты изменяют высоту тона, когда их песни переходят в дуэты
Новое исследование показало, что горбатые киты меняют высоту своих песен, когда к ним присоединяется...
Когда вам покажется, что вы не справитесь, вспомните, что вы из поколения, которое писало сочинения на три страницы. Из головы! Ручкой на большой перемене!
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)".