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.
Три супервулкана могут извергнуться и радикально изменить климат Земли
Когда геологи оценивают масштабные планетарные супервулканы, в глобальных сетях мониторинга доминируют три вулканические системы: Таупо в Новой Зеландии, Йеллоустон в США и Флегрейские поля в Италии. Ни одно агентство мониторинга…
Разрушение звезды привело к неожиданному открытию блуждающей черной дыры
Сверхмассивные черные дыры располагаются в центре галактик, но не исключительно. В результате слияний и других космических взаимодействий некоторые сверхмассивные черные дыры могут оказаться в других местах. Неудачный случай позволил определить…
Температура тела тираннозавра была на удивление похожа на человеческую
Ископаемые зубы свидетельствуют о том, что тираннозавр поддерживал температуру тела, схожую с человеческой, что дает новые подсказки о метаболизме и выживании динозавров. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances.…
Возгорание на территории НПЗ в Рязанской области и 166 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы
Средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили 166 украинских беспилотников над российскими регионами. Об этом сообщили в Минобороны РФ. Возгорание на территории нефтеперерабатывающего завода произошло в Рязанской области из-за массовой…
Шуваев: за сутки в Белгородской области от атак ВСУ пострадали два человека
Вооруженные силы Украины атаковали территорию Белгородской области 59 раз за прошедшие сутки. В результате ранения получили два мирных жителя, сообщил губернатор региона Александр Шуваев в "Максе". "За минувшие сутки ВСУ…
Предотвращение диверсии на военных объектах. Главное о задержании в России подданного Швеции
ФСБ России задержала подданного Швеции, участвовавшего в боевых действиях на стороне Киева, за незаконное пересечение границы. Он ехал в РФ для совершения терактов на военных объектах, сообщили в Центре общественных…
Мэр Кличко выставил Зеленскому счет за Киев
В украинской политике вновь разгорается старый конфликт: Владимир Зеленский обвиняет мэра Киева Вита...
Необычное здание бронзового века обнаружено возле знаменитой гробницы в Германии
Немецкие археологи обнаружили необычно большое, почти квадратное сооружение бронзового века недалеко...
Финляндия ограничила доступ к полученным из России документам до 9999 года. А они таки оптимисты!
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)".