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.
Потепление океана приводит к неожиданным изменениям в размерах моллюсков
Ожидается, что потепление океанов приведет к уменьшению размеров моллюсков, но глобальный анализ показывает гораздо более сложное будущее для всех морей мира. Результаты исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the…
На Марсе была сложная водная система с озерами и гидротермальными источниками
Космический аппарат «Персеверанс» (Perseverance) Американского космического агентства провел углубленный анализ конкретного скального обнажения на краю кратера Езеро на Марсе. Он обнаружил, что несколько миллиардов лет назад в этом районе происходили…
Защита Юпитера от Солнца оказалась более странной, чем ожидали ученые
Космический аппарат Juno выявил неожиданно сложную систему плазменных волн и ударных структур, которая помогает Юпитеру замедлять солнечный ветер. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications. Каждая намагниченная планета, включая…
МО: за ночь над регионами России сбили 645 украинских БПЛА
Российские средства ПВО в течение прошедшей ночи перехватили и уничтожили над регионами РФ, а также над акваториями Черного и Азовского морей 645 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России.…
Кондратьев: в Краснодарском крае из-за атаки БПЛА погибли люди
Северский район Краснодарского края подвергся атаке БПЛА, есть погибшие, один человек пострадал, его госпитализировали в тяжелом состоянии. Об этом сообщил губернатор Кубани Вениамин Кондратьев в своем Telegram-канале. "Северский район подвергся…
В Белгородской области при ударах ВСУ погиб человек, еще трое были ранены
Мужчина умер на месте из-за сброса взрывного устройства с беспилотника ВСУ в Грайворонском округе Белгородской области. В Грайвороне от удара дрона ВСУ ранен мирный житель, в Шебекинском округе в результате…
Венгрия смогла резко увернуться от втягивания в войну с Россией
У Украины уникальный талант ссориться с соседями. С Россией – из-за всего, с Белоруссией – из-за Рос...
Астрономы обнаружили субнептун, вращающийся вспять вокруг красного карлика
В нашей Солнечной системе все восемь планет вращаются вокруг Солнца в упорядоченном порядке. Ни одна...
Финляндия ограничила доступ к полученным из России документам до 9999 года. А они таки оптимисты!
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)".