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.
Мы их недооцениваем: обнаружилось, что растения могут считать дни
Биологами из Колледжа Вильгельма и Марии (США) проведён необычный эксперимент с мимозой стыдливой. Он позволил сделать вывод, что растения умеют различать число прожитых световых дней. Результатами исследования авторы поделились в…
Археологи нашли 2000-летнюю пулю от пращи с саркастическим посланием врагу
Удивительная археологическая находка недалеко от Галилейского моря показала, что психологическая война на поле боя была гораздо древнее, чем считалось ранее. Исследователи обнаружили пулю от пращи возрастом 2000 лет с выгравированным…
На дне Тихого океана нашли десятки существ, ранее неизвестных науке
Команде международной научной экспедиции под руководством японских океанологов удалось обнаружить 38 ранее неизвестных видов морских организмов. Еще 28 форм жизни нуждаются в окончательной идентификации. О деталях проекта рассказал журнал Ecosphere.…
МО: за ночь над регионами России сбили 85 украинских БПЛА
Средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили над российскими регионами 85 украинских беспилотников, сообщили в Минобороны РФ. Один человек погиб в результате атаки БПЛА на Краснодар. ТАСС собрал основное о…
За сутки Белгородскую область атаковали более 80 беспилотников ВСУ
Вооруженные силы Украины с помощью более 80 беспилотников атаковали территорию Белгородской области за минувшие сутки. Об этом сообщили в Telegram-канале оперштаба региона. "В Грайворонском округе по городу Грайворон, селам Головчино,…
Украина применила более 500 ракет ATACMS, Storm Shadow и SCALP с начала СВО
Украинские войска с начала специальной военной операции более 500 раз применили баллистические ракеты ATACMS, крылатые ракеты Storm Shadow и SCALP, следует из подсчетов ТАСС. Согласно данным Минобороны РФ об ударах…
Референдум о сохранении СССР в итоге привел страну к распаду
Историю последних лет существования СССР будет трудно рассказывать детям. Она полна таких удивительн...
Бобры способны превращать русла рек в мощные поглотители углерода
Бобры могут сыграть значительную роль в европейских усилиях по смягчению последствий изменения клима...
Когда вам покажется, что вы не справитесь, вспомните, что вы из поколения, которое писало сочинения на три страницы. Из головы! Ручкой на большой перемене!
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)".