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.
Собаки и люди эволюционировали вместе, и лишь теперь эти процессы стали понятны
Эволюция собак показывает, как люди и собаки адаптировались друг к другу на протяжении тысяч лет, создав отличительные черты собачьей породы по всему миру. Собаки жили рядом с людьми на протяжении…
JHE: череп Homo antecessor имел удивительно современное строение
Новый анализ трех фрагментов черепа, обнаруженных в пещере Гран-Долина в Испании, показывает, что толщина костей Homo antecessor была ближе к толщине костей неандертальцев и современных людей, чем к толщине костей…
Nature: вулканические породы ранней Земли содержат реактивный фосфор
Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показало, что магматические породы первобытной земной коры содержали высокореактивные формы фосфора, такие как фосфит и пирофосфат, способные непрерывно поддерживать пребиотическую химию на протяжении миллионов…
Пострадавшие и пожар в промзоне в Башкирии. Последствия атак ВСУ на российские регионы
Средства ПВО в течение прошедшей ночи перехватили и уничтожили 362 украинских беспилотника над российскими регионами, а также акваториями Черного и Азовского морей, сообщили в Минобороны РФ. Из-за падения БПЛА в…
Поражены пункт управления ВМС Украины и портовая инфраструктура. Новые удары ВС РФ по объектам на Украние
ВС России продолжают наносить удары по объектам военно-морских сил Украины, используемым в интересах ВСУ, сообщили в Минобороны РФ. ТАСС собрал основное о результатах. Заявление Минобороны ВС России продолжают нанесение ударов…
Укрепление рубля и «генетический код победителя». Встреча Путина с губернатором Лимаренко
Укрепление национальной валюты выгодно гражданам, но для экспортно-ориентированных предприятий создает проблемы. Об этом заявил президент России Владимир Путин на встрече на Итурупе с губернатором Сахалинской области Валерием Лимаренко. Он также…
«Сила причинять вред» не сможет привести Украину к миру
Украина в нынешнем формате существует как антиРоссия, и единственная ее цель – это нанесение нам мак...
Анализ ДНК выявил общество, организованное вокруг женщин в доримской Британии
Было проведено секвенирование ДНК более 500 человек железного века, похороненных на северо-востоке А...
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)".