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.
Луна могла способствовать возникновению первых континентов на Земле
В сутках вечно не хватает часов. Но для планетолога Саймона Лока из Бристольского университета именно это обстоятельство стало отправной точкой в его исследованиях. Он изучает события, произошедшие около 4,5 миллиарда…
Опасная марсианская пыль может попасть в мозг астронавтов
Исследование Марса человеком рассматривается как следующий большой шаг вперед после возвращения на Луну и создания лунной базы. Существует большая неопределенность относительно того, как это произойдет, и большая неопределенность относительно безопасности…
Горы разрушаются быстрее всего там, где этого меньше всего ожидается
Ученые выяснили, почему некоторые пологие горные ландшафы подвергаются эрозии быстрее, чем крутые скалистые склоны, что выявило скрытые последствия для круговорота углерода на Земле. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.…
Пострадавший, попадание в школу в Рязани и 496 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы
Средства ПВО за прошедшую ночь перехватили и уничтожили 496 украинских беспилотников над российскими регионами, а также акваториями Черного и Азовского морей, сообщили в Минобороны РФ. Школа в Рязани получила повреждения…
Шуваев: в Белгородской области при атаках ВСУ за сутки погибли пять человек
Вооруженные силы Украины атаковали территорию Белгородской области более 150 раз за прошедшие сутки, в результате погибли пять мирных жителей, среди которых ребенок, еще 13 человек получили ранения, сообщил губернатор Александр…
Жителя Ленинградской области задержали за подготовку диверсии на железной дороге
Сотрудники ФСБ России задержали 48-летнего жителя Ленинградской области, готовившего по заданию куратора с Украины диверсию на объекте железнодорожного транспорта. У него изъято самодельное взрывное устройство с 5 кг взрывчатки, сообщили…
Мигранты толкают Британию на путь расплаты за многочисленные грехи прошлого
Бывшие британские колонии объединились в своих требованиях извинений и репараций от Лондона - за уча...
Еще до рождения ребенка мозг матери хранит ключи к пониманию их связи
Небольшое исследование связывает установление эмоциональной связи с еще не родившимся ребенком с бол...
Эксперт не исключил также, что существует вероятность, когда при возникновении сочетания некоторых условий могут возникнуть предпосылки для развития того или иного сценария из широкого спектра возможных. Хотя не надо огульно отбрасывать и множенство других потенциальных вариантов.
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)".