Artikel ini telah ditinjau sesuai dengan proses dan kebijakan editorial Science X. Para editor telah menekankan atribut berikut sambil memastikan kredibilitas konten:
fakta diverifikasi
publikasi yang ditinjau oleh rekan sejawat
sumber terpercaya
membenarkan
OKE! Molekul air dan kerapatan elektron sesuai dengan keadaan eksiton yang dihasilkan dari penyerapan foton. Kredit: Krystian Tambur (latar belakang) / Alexei Tal (molekul air)
× tutup
Molekul air dan kerapatan elektron sesuai dengan keadaan eksiton yang dihasilkan dari penyerapan foton. Kredit: Krystian Tambur (latar belakang) / Alexei Tal (molekul air)
Tidak ada keraguan bahwa air itu penting. Tanpanya, kehidupan tidak akan pernah dimulai, apalagi berlanjut hingga saat ini – apalagi perannya terhadap lingkungan, karena lautan menutupi lebih dari 70% bumi.
Namun terlepas dari keberadaannya di mana-mana, air dalam bentuk cair memiliki beberapa kehalusan elektronik yang telah lama membingungkan para ilmuwan di bidang kimia, fisika, dan teknologi. Misalnya, afinitas elektron, yaitu stabilisasi energi yang dialami elektron bebas ketika ditangkap oleh air, masih kurang terkarakterisasi dari sudut pandang eksperimental.
Bahkan teori struktur elektron yang paling akurat saat ini telah gagal untuk memperjelas gambaran tersebut, yang berarti bahwa kuantitas fisik yang penting, seperti energi yang dapat digunakan untuk menyuntikkan elektron dari sumber eksternal ke dalam air cair, masih sulit dipahami. Sifat-sifat ini adalah kunci untuk memahami perilaku elektron dalam air dan dapat berperan dalam sistem biologis, siklus lingkungan, dan aplikasi teknologi seperti konversi energi matahari.
Dalam studi terbaru, peneliti EPFL Alexei Tal, Thomas Bischoff, dan Alfredo Pasquarello membuat kemajuan signifikan dalam mengungkap teka-teki tersebut. Studi mereka, yang diterbitkan dalam Proceedings of the National Academy of Sciences, meneliti struktur elektronik air menggunakan metode komputasi yang melampaui pendekatan paling canggih saat ini.
Para ilmuwan mempelajari air menggunakan metode yang didasarkan pada “teori gangguan banyak benda”. Ini adalah kerangka matematika kompleks yang digunakan untuk mempelajari interaksi beberapa partikel dalam suatu sistem, seperti elektron dalam padatan atau molekul, dan memeriksa bagaimana partikel-partikel ini mempengaruhi perilaku satu sama lain, tidak secara terpisah, tetapi sebagai bagian dari lingkungan yang lebih besar. kelompok yang berinteraksi.
Sederhananya, teori gangguan banyak benda adalah cara untuk menghitung dan memprediksi sifat sistem banyak partikel dengan memperhitungkan semua interaksi kompleks antara komponen-komponennya.
Namun, fisikawan telah memodifikasi teori tersebut menggunakan “koreksi puncak”: modifikasi dalam teori gangguan banyak benda yang menjelaskan interaksi kompleks antar partikel di luar perkiraan paling sederhana.
Koreksi titik menyempurnakan teori ini dengan mempertimbangkan bagaimana interaksi ini memengaruhi tingkat energi partikel, misalnya responsnya terhadap medan eksternal atau energinya sendiri. Singkatnya, koreksi titik menghasilkan prediksi sifat fisik yang lebih akurat dalam sistem banyak partikel.
Memodelkan sifat elektronik air
Memodelkan air cair sangatlah menantang. Sebuah molekul air mengandung satu atom oksigen dan dua atom hidrogen, dan gerak termal serta sifat kuantum inti mereka memainkan peran kunci. Dengan mempertimbangkan aspek-aspek ini, para ilmuwan telah menentukan dengan tepat sifat elektronik air, seperti potensi ionisasi, afinitas elektron, dan celah pita. Temuan ini penting untuk memahami bagaimana air berinteraksi dengan cahaya dan zat lain pada tingkat elektronik.
“Studi kami tentang tingkat energi air menyelaraskan teori tingkat tinggi dengan eksperimen,” kata Alfredo Pasquarello. Alexei Tal lebih lanjut menekankan pentingnya metodologi baru ini: “Berkat deskripsi lanjutan dari struktur elektronik, kami juga mampu menciptakan spektrum serapan yang akurat.”
Temuan ini mempunyai implikasi lain. Perkembangan teoretis yang diterapkan oleh tim EPFL meletakkan dasar bagi standar baru yang dapat diterapkan secara universal untuk mencapai struktur material elektronik yang presisi. Hal ini memberikan alat yang sangat prediktif yang berpotensi mengubah pemahaman mendasar kita tentang sifat elektronik dalam ilmu benda terkondensasi dengan penerapan dalam menemukan sifat bahan dengan fungsi elektronik tertentu.
Informasi lebih lanjut:
Tal, Alexei dkk, Tingkat energi absolut air cair dari teori gangguan banyak benda dengan koreksi titik yang efektif, Prosiding National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2311472121. doi.org/10.1073/pnas.2311472121
Informasi dari buku harian:
Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional
+ There are no comments
Add yours