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.
Археологи обнаружили 5000-летнюю деревянную платформу под шотландским кранногом
В темных водах отдаленного шотландского озера археологи сделали открытие, которое меняет наше понимание доисторической инженерии. Используя инновационную мелководную фотограмметрию, исследователи из Университета Саутгемптона и Университета Рединга подтвердили, что кранног Лох-Бхоргастейл,…
В венгерской шахте обнаружены сооружения бронзового века и золотые украшения
Археологическая исследовательская группа из Музея Германа Отто возобновила раскопки в окрестностях открытого угольного рудника Бюккабрани на севере Венгрии, продолжив работы, начатые летом 2024 года. За это время специалисты обнаружили ряд…
Мехико тонет, и новый спутник может наблюдать за этим в режиме реального времени
Согласно новым спутниковым снимкам, опубликованным на этой неделе НАСА, Мехико опускается почти на 25 сантиметров в год, что делает его одним из самых быстро опускающихся мегаполисов в мире. Мексиканская столица…
МО: за ночь над регионами России сбили 347 украинских БПЛА
Средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили над российскими регионами, Азовским, Каспийским и Черным морями 347 украинских беспилотников, сообщили в Минобороны РФ. В результате украинской атаки на Брянск пострадали 13…
Гладков: в Белгородской области при атаке ВСУ на служебный микроавтобус погибла женщина
Вооруженные силы Украины целенаправленно атаковали служебный микроавтобус в Белгородской области, в результате атаки погибла женщина, еще двое мужчин получили ранения. Об этом сообщил губернатор Вячеслав Гладков. "В селе Вознесеновка вражеский…
Провал "антиСВО" и опасность милитаризации Германии. Заявления Дмитрия Медведева
Еэсовская "антиСВО", где ФРГ стремится играть первую скрипку, не достигла результатов. На это указал зампредседателя Совбеза России Дмитрий Медведев в статье о милитаризации Германии, опубликованной RT. По мнению политика, вооружающаяся…
Как вьетнамцы в 1954 году устроили французам Сталинград
7 мая 1954 года 11 тыс. французов сдались бойцам Вьетминя после битвы при Дьенбьенфу. Это была блест...
Трехъярусный четырехугольный алтарь майя найден на Юкатане
Четырехугольное здание, возведенное более полутора тысяч лет назад на трех наложенных друг на друга ...
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)".