Η νέα προσέγγιση υπολογισμού επιτρέπει ακριβέστερες προβλέψεις για το πώς τα άτομα ιονίζονται όταν επηρεάζονται από ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας
Όταν ένα άτομο χτυπηθεί από ένα ηλεκτρόνιο υψηλής ενέργειας, το ηλεκτρόνιο μπορεί να μεταφέρει την ενέργειά του στα ηλεκτρόνια του ατόμου, προκαλώντας τα ιονισμένα. Η ενέργεια ιονισμού είναι η ελάχιστη ποσότητα ενέργειας που πρέπει να μεταφερθεί σε ένα ηλεκτρόνιο προκειμένου να απελευθερωθεί από το άτομο.
Οι ενέργειες ιονισμού των ατόμων έχουν μετρηθεί πειραματικά για πολλά στοιχεία, αλλά αυτές οι μετρήσεις μπορεί να είναι δύσκολες και χρονοβόρες. Επομένως, οι θεωρητικές μέθοδοι για τον υπολογισμό των ενεργειών ιονισμού είναι απαραίτητες για την κατανόηση των ιδιοτήτων των ατόμων και των μορίων σε ακραία περιβάλλοντα.
Η νέα μέθοδος, που αναπτύχθηκε από τους ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας, Berkeley, βασίζεται σε μια κβαντική-μηχανική προσέγγιση γνωστή ως λειτουργική θεωρία πυκνότητας (DFT). Το DFT είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος για τον υπολογισμό των ιδιοτήτων των υλικών, αλλά συνήθως ήταν λιγότερο ακριβής για τον υπολογισμό των ενεργειών ιονισμού από άλλες μεθόδους.
Οι ερευνητές ξεπέρασαν αυτόν τον περιορισμό αναπτύσσοντας έναν νέο τρόπο να αντιπροσωπεύουν την κυματοδόχου του ιονισμένου ηλεκτρονίου. Αυτή η νέα αναπαράσταση, η οποία βασίζεται σε μια μαθηματική τεχνική γνωστή ως μέθοδο B-spline, επιτρέπει μια πιο ακριβή περιγραφή της κίνησης του ηλεκτρονίου κοντά στον πυρήνα.
Οι ερευνητές εξέτασαν τη νέα μέθοδο τους σε μια ποικιλία ατόμων, όπως το Helium, το Neon, το Argon και το Krypton. Διαπίστωσαν ότι η μέθοδος τους ήταν πιο ακριβής από τις προηγούμενες μεθόδους DFT και σε ορισμένες περιπτώσεις ξεπέρασε ακόμη πιο εξελιγμένες μεθόδους που είναι υπολογιστικά ακριβότερες.
Η νέα μέθοδος αναμένεται να είναι χρήσιμη για μια ποικιλία εφαρμογών στη φυσική υψηλής ενέργειας και την αστροφυσική, συμπεριλαμβανομένης της μελέτης των διεργασιών ιονισμού σε πλάσματα, των ατμοσφαιρών των αστεριών και των αλληλεπιδράσεων ατόμων με διαστρική ακτινοβολία.
