Elektronit vedessä ja särkyneinä

EPFL:n tutkijat ovat purkaneet veden elektronisen rakenteen, mikä avaa uusia näkökulmia teknologisille ja ympäristöllisille sovelluksille.

Veden yleisyydestä huolimatta nestemäisessä vedessä on joitain elektronisia monimutkaisuuksia, jotka ovat pitkään hämmentäneet kemian, fysiikan ja tekniikan tutkijoita.

Vedessä olevien elektronien käyttäytymisen syvällisellä ymmärtämisellä voi olla rooli biologisissa järjestelmissä, ympäristön sykleissä ja teknologisissa sovelluksissa, kuten aurinkoenergian muunnoksessa.

Äskettäisessä tutkimuksessa EPFL:n tutkijat Alexey Tal, Thomas Bischoff ja Alfredo Pasquarello ovat edistyneet merkittävästi palapelin tulkinnassa. Heidän tutkimuksensa käsittelee veden elektronista rakennetta laskennallisilla menetelmillä, jotka ylittävät nykypäivän edistyneimmät lähestymistavat.

Tutkijat tutkivat vettä "monen kehon sekasortoteoriaan" perustuvalla menetelmällä, jota he täydensivät Vertex-korjauksilla, jotka tarkentavat teoriaa ottamalla huomioon kuinka nämä vuorovaikutukset vaikuttavat hiukkasten energiatasoihin.

Tiimin soveltama teoreettinen kehitys tarjoaa erittäin ennustavan työkalun, joka voi mahdollisesti mullistaa perustavanlaatuisesti ymmärrystä elektronisista ominaisuuksista kondensoituneen aineen tieteessä esimerkiksi etsiä erityisi elektronisia toiminnallisia ominaisuuksia materiaaleista.

Paul Scherrer -instituutin johtama tutkimusryhmä on havainnut elektronisen varauksen fraktioitumista rautapohjaisessa metalliferromagneetissa.

Ilmiön kokeellinen havainnointi ei ole vain perustavanlaatuista. Koska se esiintyy tavallisten metallien seoksessa saavutettavissa olevissa lämpötiloissa, sillä on potentiaalia tulevaan hyödyntämiseen elektronisissa laitteissa.

Peruskvanttimekaniikka kertoo, että varauksen perusyksikkö on särkymätön: elektronin varaus on kvantisoitu. On kuitenkin olemassa poikkeuksia toteavat tutkijat.

Se, että varaus voidaan fraktioida, ei sinänsä ole uusi asia. Sellaista on havaittu kokeellisesti 1980-luvun lopusta lähtien Fractional Quantum Hall -efektissä mutta se ei paljasta murtovarausten mikroskooppisen käyttäytymisen dynamiikkaa.

Nyt tutkijaryhmä on paljastanut tällaisen dynamiikan ferromagneetista laserilla valaistujen emittoivien elektronien spektroskopialla

He tekivät löytönsä Fe3Sn2-yhdisteestä, joka koostuu vain raudasta (Fe) ja tinasta (Sn), jotka on koottu kulmia jakavan kolmioiden kagome-kuvion mukaan.

Aiheista aiemmin:

Tekoälyn voimaa

Elektroneja murto-osina grafeenissa