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.
Первое крупное вымирание на Земле оказалось хуже, чем считалось
Примерно 570 миллионов лет назад жизнь была ограничена морями. Крупные, причудливые беспозвоночные прикреплялись ко дну моря, их мясистые отростки собирали питательные вещества, которые проносились мимо. Эти странные формы жизни, известные…
PRL: Физикам удалось разгадать тайну образования золота
Группой сотрудников Университета Теннесси сделано несколько важных открытий, помогающих понять, как во Вселенной синтезируются тяжелые элементы, включая золото и платину. Работу опубликовали в журнале Physical Review Letters (PRL). Тяжелые элементы…
Обиды не безобидны, а их природа стала понятнее после нового исследования
О том, что ссоры, обиды наносят серьёзный вред не только отношениям, но и здоровью обеих сторон, человек давно понял на собственном опыте. Но как их избегать, когда эмоции переполняют? Учёные…
МО: за ночь над регионами России сбили 206 украинских БПЛА
Силы ПВО сбили за ночь 206 украинских БПЛА над регионами России, в том числе 40 беспилотников, летевших на Москву. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи с…
Мирошник: за неделю от ударов ВСУ погибли 37 жителей России
Почти 40 мирных жителей субъектов РФ на минувшей неделе погибли при ударах Вооруженных сил Украины, более 200 человек, в том числе 6 детей, получили ранения. Как сообщил ТАСС посол по…
За сутки ВСУ атаковали Белгородскую область с помощью более 105 БПЛА
Вооруженные силы Украины атаковали населенные пункты Белгородской области с помощью более 105 беспилотников и выпустили более 15 боеприпасов за минувшие сутки. Об этом сообщили в Telegram-канале оперштаба региона. "В Корочанском…
Почему Китай сразу не бросился защищать Иран
Агрессия США против Ирана прямо вредит прежде всего Китаю. Ведь именно КНР получает отсюда значитель...
На дне Тихого океана нашли десятки существ, ранее неизвестных науке
Команде международной научной экспедиции под руководством японских океанологов удалось обнаружить 38...
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)".