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.
Золото с пиратского корабля раскрывает правду о чистоте африканского металла
В ходе нового исследования был проанализирован крупнейший из когда-либо обнаруженных в археологическом контексте с точной датировкой находок золота народа акан. Результаты противоречат колониальным хроникам, которые на протяжении веков обвиняли африканских…
Магнитный щит Сатурна находится совсем не там, где ожидалось
Даже скромный телескоп позволяет увидеть захватывающую дух систему колец Сатурна, которая на протяжении четырех столетий очаровывала астрономов — мир настолько необычный по своей красоте, что наблюдателям, впервые увидевшим его, часто…
Древний ландшафт обнажил кости людей, живших в Африке 100 000 лет назад
В результате масштабных археологических раскопок в Африке были обнаружены следы жизни людей, населявших эту территорию 100 000 лет назад. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of…
МО: за ночь над регионами сбили 207 украинских БПЛА
Силы ПВО за ночь сбили 207 украинских беспилотников над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Двое несовершеннолетних погибли из-за атаки БПЛА на жилые дома в Туапсе. ТАСС собрал основное о…
Двое детей погибли в Туапсе при атаке БПЛА
Двое несовершеннолетних погибли из-за атаки БПЛА на жилые дома в Туапсе. Предварительно, пострадали еще двое взрослых, им оказывается помощь, сообщил губернатор Краснодарского края Вениамин Кондратьев. "Террористическая атака беспилотников по жилым…
Обстановка на границе СГ и милитаризация Европы. Заявления директора СВР России Сергея Нарышкина
Директор службы внешней разведки (СВР) РФ Сергей Нарышкин охарактеризовал обстановку на границе Союзного государства России и Белоруссии как очень напряженную и указал на милитаризацию экономики в Прибалтике и Польше. ТАСС…
Западу для войн нового типа пригодилась Украина
Запад обсуждает создание нового военного альянса, в который войдет Украина. Об этом заявил глава рос...
Ученые выяснили, почему в Помпеях сначала восстанавливали сады, а не дома
Исследование Оксфордского университета впервые документирует появление 35 сельскохозяйственных садов...
Март - блины, апрель - куличи, май - шашлыки... и куда, скажите, мне втиснуть эту вашу диету?!
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)".