先進計算方法破解水的電子結構
科技日報北京2月27日電 （記者張佳欣）盡管液態(tài)水無處不在，但它具有一些錯綜復雜的電子特性，長期以來一直困擾著化學、物理和技術領域的科學家。據(jù)26日發(fā)表在最新一期《美國國家科學院院刊》上的論文稱，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院在破解這一難題方面取得了重大進展。他們使用了迄今最先進的計算方法，破解了水的電子結構問題。
此前，即使是最精確的電子結構理論也無法闡明水的電子特性，這意味著重要的物理量，例如外部來源的電子可被注入液態(tài)水的能量，仍然難以捉摸。這些性質(zhì)對于理解電子在水中的行為至關重要，并可能在生物系統(tǒng)、環(huán)境循環(huán)和太陽能轉(zhuǎn)換等技術應用中發(fā)揮作用。
在最新研究中，研究人員用一種基于“多體微擾理論”的方法研究了水。這是一個復雜的數(shù)學框架，用于研究一個系統(tǒng)中多個粒子（如固體或分子中的電子）間的相互作用，探索這些粒子如何影響彼此的行為。簡而言之，多體微擾理論是一種計算和預測多粒子系統(tǒng)性質(zhì)的方法，它考慮到了多粒子系統(tǒng)組件之間的所有復雜相互作用。不過，團隊對該理論進行了修正，可更準確地預測多粒子系統(tǒng)中的物理性質(zhì)。
對液態(tài)水進行建模尤其具有挑戰(zhàn)性。水分子包含一個氧原子和兩個氫原子，它們的熱運動和原子核的量子性質(zhì)都起著關鍵作用?？紤]到這些方面，研究人員準確地確定了水的電子性質(zhì)，如電離勢、電子親和力和帶隙。這些發(fā)現(xiàn)對于理解水如何與光和其他物質(zhì)在電子水平上相互作用至關重要。
這一發(fā)現(xiàn)也為建立準確且普遍適用的材料電子結構的新標準奠定了基礎。這種高度可預測的工具，可能會在凝聚態(tài)科學中徹底改變?nèi)藗儗﹄娮有再|(zhì)的基本理解，并可用于搜索具有特定電子功能的材料性質(zhì)。
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