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.
Два спутника Сатурна делят одну орбиту и меняются местами каждые 4 года
Четыре главных спутника Юпитера известны своими уникальными особенностями, но когда дело доходит до истинной уникальности, именно система Сатурна действительно выделяется. Атмосфера и озёра Титана, а также гейзеры Энцелада привлекают к…
Ученые предложили новую причину гибели неандертальцев 40 000 лет назад
Что же погубило неандертальцев? Было выдвинуто множество теорий, от изменения климата и болезней до конкуренции и вытеснения новыми представителями вида — Homo sapiens. Но одним из ранее упускаемых из виду…
Новый метод обновления стареющих клеток планируют испытать учёные
Ученые готовятся к клиническим испытаниям новой методики восстановления стареющих клеток, основанной на использовании так называемых факторов Яманаки. Тестирование на людях может начаться уже в 2026 году, сообщает Nature. Эксперты попытаются…
МО: за ночь над регионами России уничтожено 289 украинских БПЛА
Средства ПВО в течение ночи перехватили и уничтожили над российскими регионами 289 украинских беспилотников, сообщили в Минобороны РФ. Три человека пострадали в результате атаки украинских БПЛА на Чебоксары. В промзоне…
Мирошник: за неделю 34 мирных жителя России погибли от ударов ВСУ, еще 166 были ранены
Удары ВСУ за минувшую неделю унесли жизни 34 жителей российских регионов, в том числе двоих детей, еще почти 170 человек, включая 8 несовершеннолетних, получили ранения. Такие данные сообщил ТАСС посол…
Мирошник: ВСУ на неделе ежедневно до 130 раз атаковали Белгородскую область при помощи БПЛА
Вооруженные силы Украины на минувшей неделе ежедневно били по территории Белгородской области при помощи БПЛА - от 100 до 130 раз, сообщил ТАСС посол по особым поручениям МИД России Мирошник.…
Зеленский учит Пашиняна разрыву связей с Россией
Армения принимает у себя крупный саммит, призванный продемонстрировать сближение страны с Брюсселем....
Открыта форма эпилептической активности, ранее неизвестная медицине
Американским нейрофизиологам удалось обнаружить ранее неизвестную форму эпилептической активности, п...
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)".