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.
Невероятно, но факт: сыворотка с кофеином вернула волосы за несколько недель
Новое исследование тайваньских специалистов даёт шанс людям, страдающим от резкого выпадения волос. В составе их инновационного средства - кофеин, пантенол и растительные везикулы, рассказал ресурс medrxiv.org. Каждый из участников эксперимента…
Скрытая система сооружений переосмысливает происхождение столицы империи инков
Масштабная программа дистанционного зондирования, проведенная на густой растительности археологического парка Саксайуаман, выявила сеть дорог, террасных систем и ранее невидимых архитектурных сооружений, что заставляет переосмыслить этапы формирования столицы империи инков. Данные,…
В Перу обнаружена 5000-летняя структура, связанная с фиксацией небесных явлений
После двух десятилетий непрерывной работы в рыбацком поселении Асперо, расположенном в Супе-Пуэрто, провинция Барранка (Перу), группа под руководством доктора Рут Шейди Солис выявила сложную архитектурную структуру, связанную с фиксацией небесных…
МО: за ночь над регионами России сбили 10 украинских БПЛА
Силы ПВО за ночь сбили 10 украинских БПЛА над регионами России, сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи (с 21:00 мск 23 апреля до 07:00 мск 24 апреля) дежурными…
Трагедия курского приграничья. Как Украина убивала и похищала россиян
26 апреля 2025 года закончилось освобождение приграничных районов Курской области от вооруженных формирований Украины, вторгшихся туда в августе 2024 года. К годовщине восстановления российского контроля над курским приграничьем ТАСС вспоминает…
В Белгородской области за сутки ВСУ атаковали семь муниципалитетов
Вооруженные силы Украины (ВСУ) атаковали населенные пункты Белгородской области с помощью более четырех беспилотников за минувшие сутки. Ранен один человек, сообщили в Telegram-канале оперштаба региона. "В Белгороде вчера в городскую…
Германия бросает свой автопром в печь милитаризации
Поиск путей выхода из экономического кризиса вывел Германию на рельсы милитаризации: ради наращивани...
Ученые выяснили, где заканчивается наша Галактика
Астрономы использовали возраст звёзд, чтобы определить точку, где диск Млечного Пути становится наст...
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)".