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.
Александрийские дайверы обнаружили 2000-летнее королевское прогулочное судно
В затопленном царском квартале Восточной гавани Александрии обнаружена 35-метровая древнеегипетская прогулочная лодка, использовавшаяся элитой для роскошных речных вечеринок и религиозных процессий. Судно, датируемое началом I века н. э., является первым…
Создан крем, эффективно лечащий мужское облысение
Компанией Cosmo Pharmaceuticals успешно завершена третья фаза клинических испытаний класкотерона. Это первый за почти 30 лет принципиально новый препарат для лечения андрогенной алопеции. Подробности о новинке рассказал ресурс cosmopharma.com. Препарат…
Ученый НАСА представил теорию кометы для Вифлеемской звезды
Планетолог из НАСА предложил, возможно, первое научно обоснованное объяснение таинственной Вифлеемской звезды, которая привела трёх волхвов к младенцу Иисусу более двух тысячелетий назад. В новаторском исследовании Марка Мэтни яркая комета,…
МО: за ночь над регионами России сбили 287 украинских беспилотников
Силы ПВО за ночь сбили 287 украинских беспилотников над регионами России, из них 40 - над Московским регионом. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи в период…
Атака БПЛА на Москву в ночь на 11 декабря стала одной из самых крупных
Силы противовоздушной обороны (ПВО) отразили атаку 32 беспилотников, летевших на Москву. На фоне атаки в столичных аэропортах были отменены, задержаны и перенаправлены 133 рейса. ТАСС собрал основную информацию о произошедшем.…
Глава Euroclear: использование активов России может быть незаконно
План Еврокомиссии (ЕК) по предоставлению "репарационного кредита" Украине ведет к рискам на европейских рынках капитала, так как использование активов России может быть воспринято как изъятие, что грозит подрывом доверия инвесторов.…
Евросоюз должен быть разрушен
Лучшее, что получилось у Евросоюза – это Шенгенское соглашение, которое когда-то значительно облегчи...
Scientific Reports назвал мурчание «визитной карточкой» кошек
Мурчание домашних кошек, выяснили учёные, гораздо более характеризует их индивидуальность, чем мяука...
- Тебе, наверное, больше сорока?
- С чего ты взял?
- Пишешь без ошибок. Чувствуется Советская школа.
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)".