अभूतपूर्व अनुसंधान पानी के इलेक्ट्रॉनिक रहस्यों को उजागर करता है

  ईपीएफएल के शोधकर्ताओं ने जीवन और पर्यावरण के मूलभूत घटक पानी के इलेक्ट्रॉनिक गुणों को समझने में एक महत्वपूर्ण सफलता हासिल की है।

इसमें कोई संदेह नहीं कि पानी महत्वपूर्ण है। इसके बिना, जीवन कभी शुरू ही नहीं हुआ होता, आज भी जारी है - पर्यावरण में इसकी भूमिका का तो जिक्र ही नहीं किया गया, जबकि महासागर पृथ्वी के 70% से अधिक हिस्से को कवर करते हैं।

लेकिन इसकी सर्वव्यापकता के बावजूद, तरल पानी में कुछ इलेक्ट्रॉनिक पेचीदगियां हैं, जिन्होंने रसायन विज्ञान, भौतिकी और प्रौद्योगिकी के वैज्ञानिकों को लंबे समय से हैरान कर दिया है। उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन आत्मीयता, यानी पानी द्वारा पकड़े जाने पर एक मुक्त इलेक्ट्रॉन द्वारा ऊर्जा स्थिरीकरण, प्रयोगात्मक दृष्टिकोण से खराब रूप से चित्रित किया गया है।

जल के इलेक्ट्रॉनिक रहस्यों को उजागर करना

यहां तक ​​कि आज का सबसे सटीक इलेक्ट्रॉनिक संरचना सिद्धांत भी तस्वीर को स्पष्ट करने में असमर्थ रहा है, जिसका अर्थ है कि ऊर्जा जैसी महत्वपूर्ण भौतिक मात्राएं जिस पर बाहरी स्रोतों से इलेक्ट्रॉनों को तरल पानी में इंजेक्ट किया जा सकता है, मायावी बनी हुई है। ये गुण पानी में इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार को समझने के लिए महत्वपूर्ण हैं और जैविक प्रणालियों, पर्यावरण चक्रों और सौर ऊर्जा रूपांतरण जैसे तकनीकी अनुप्रयोगों में भूमिका निभा सकते हैं।

एक हालिया अध्ययन में, ईपीएफएल के शोधकर्ता एलेक्सी टैल, थॉमस बिशोफ़ और अल्फ्रेडो पासक्वेरेलो ने पहेली को समझने में महत्वपूर्ण प्रगति की है। पीएनएएस में प्रकाशित उनका अध्ययन, कम्प्यूटेशनल तरीकों का उपयोग करके पानी की इलेक्ट्रॉनिक संरचना को संबोधित करता है जो आज के सबसे उन्नत दृष्टिकोण से परे है।

उन्नत सैद्धांतिक दृष्टिकोण

शोधकर्ताओं ने "कई-शरीर गड़बड़ी सिद्धांत" पर आधारित एक विधि का उपयोग करके पानी का अध्ययन किया। यह एक जटिल गणितीय ढांचा है जिसका उपयोग एक प्रणाली के भीतर कई कणों की बातचीत का अध्ययन करने के लिए किया जाता है, जैसे कि ठोस या अणु में इलेक्ट्रॉन, यह पता लगाना कि ये कण एक-दूसरे के व्यवहार को कैसे प्रभावित करते हैं, अलगाव में नहीं बल्कि एक बड़े, परस्पर क्रिया करने वाले समूह के हिस्से के रूप में। अपेक्षाकृत सरल रूप से कहें तो, कई-शरीर गड़बड़ी सिद्धांत अपने घटकों के बीच सभी जटिल इंटरैक्शन को ध्यान में रखकर कई-कण प्रणाली के गुणों की गणना और भविष्यवाणी करने का एक तरीका है।

लेकिन भौतिकविदों ने सिद्धांत को "शीर्ष सुधार" के साथ बदल दिया: कई-शरीर गड़बड़ी सिद्धांत में संशोधन जो सरलतम अनुमानों से परे कणों के बीच जटिल बातचीत के लिए जिम्मेदार है। वर्टेक्स सुधार इस बात को ध्यान में रखकर सिद्धांत को परिष्कृत करते हैं कि ये अंतःक्रियाएं कणों के ऊर्जा स्तर को कैसे प्रभावित करती हैं, उदाहरण के लिए बाहरी क्षेत्रों या उनकी आत्म-ऊर्जा के प्रति उनकी प्रतिक्रिया। संक्षेप में, शीर्ष सुधार से कई-कण प्रणाली में भौतिक गुणों की अधिक सटीक भविष्यवाणी होती है।

जल के इलेक्ट्रॉनिक गुणों की मॉडलिंग

तरल पानी की मॉडलिंग करना विशेष रूप से चुनौतीपूर्ण है। पानी के एक अणु में एक ऑक्सीजन परमाणु और दो हाइड्रोजन परमाणु होते हैं, और उनकी तापीय गति और उनके नाभिक की क्वांटम प्रकृति दोनों महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इन पहलुओं को ध्यान में रखते हुए, शोधकर्ताओं ने पानी के इलेक्ट्रॉनिक गुणों, जैसे इसकी आयनीकरण क्षमता, इलेक्ट्रॉन आत्मीयता और बैंड गैप को सटीक रूप से निर्धारित किया। ये निष्कर्ष यह समझने के लिए आवश्यक हैं कि पानी इलेक्ट्रॉनिक स्तर पर प्रकाश और अन्य पदार्थों के साथ कैसे संपर्क करता है।

अल्फ्रेडो पासक्वेरेलो कहते हैं, "पानी के ऊर्जा स्तर का हमारा अध्ययन प्रयोग के साथ उच्च-स्तरीय सिद्धांत को समेटता है।" एलेक्सी टैल नई पद्धति के महत्व पर आगे जोर देते हैं: "इलेक्ट्रॉनिक संरचना के उन्नत विवरण के लिए धन्यवाद, हम एक सटीक अवशोषण स्पेक्ट्रम का उत्पादन करने में भी सक्षम थे।"

सामग्री विज्ञान के लिए एक नया प्रतिमान

निष्कर्षों के अतिरिक्त निहितार्थ हैं। ईपीएफएल टीम द्वारा लागू सैद्धांतिक विकास सामग्रियों की सटीक इलेक्ट्रॉनिक संरचनाओं को प्राप्त करने के लिए एक नए सार्वभौमिक रूप से लागू मानक की नींव रखता है। यह एक उच्च पूर्वानुमानित उपकरण प्रदान करता है जो विशिष्ट इलेक्ट्रॉनिक कार्यात्मकताओं के साथ सामग्री गुणों की खोज में अनुप्रयोगों के साथ, संघनित पदार्थ विज्ञान में इलेक्ट्रॉनिक गुणों की हमारी मौलिक समझ में क्रांतिकारी बदलाव ला सकता है।