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.
Самая большая галактика во Вселенной оказалась намного больше, чем считалось
В центре скопления галактик Abell 2029 находится огромная галактика, по форме напоминающая нечто среднее между эллипсом и спиралью. Её название — IC1101, и на её фоне галактики, подобные нашей, кажутся…
Уточнен круг загадочных «призрачных линий» гомининов, ставших нашими предками
В геномах современных людей скрыты слабые следы неопознанных «призрачных» линий — древних гомининов, с которыми наши предки, должно быть, скрещивались в далеком прошлом. Теперь американские ученые определили, когда два из…
Ученые впервые изучили историю гигантского восточно-гималайского ледника
С помощью сверхчувствительных методов датирования реконструированы процессы подъема и спуска одного из самых низких ледников, когда-либо зафиксированных в высокогорных районах Азии. Исследование, проведенное под руководством Манчестерского университета, показало, что гигантский…
Погибшие в Крыму и пострадавшие во Владимирской области. Последствия атак БПЛА на российские регионы
Средства ПВО в течение ночи перехватили и уничтожили 131 украинский беспилотник над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Из-за атаки БПЛА возникло возгорание на логистическом объекте Wildberries во Владимирской области.…
Аксенов: в Крыму из-за атаки ВСУ погибли три человека
Три человека погибли, еще двое получили ранения в Республике Крым в результате ночной атаки ВСУ, сообщил глава региона Сергей Аксенов. "Враг предпринял очередную ночную атаку на Республику Крым. К сожалению,…
ВС России поразили еще четыре сухогруза, используемые для снабжения ВСУ
Вооруженные силы РФ, продолжив удары по задействованной в интересах ВСУ транспортной инфраструктуре Украины, поразили четыре сухогруза. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "В течение ночи Вооруженными силами Российской Федерации продолжено…
Кишинев приступил к демонтажу автономии Гагаузии
Парламент Молдавии приступил к реформе избирательной системы Гагаузии, изменив правила формирования ...
Анализ древней ДНК раскрывает, что произошло в Европе после падения Рима
Римская империя не просто исчезла из Паннонии, оставив после себя пустые просторы для новых поселенц...
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)".