Η νέα προσέγγιση υπολογισμού επιτρέπει ακριβέστερες προβλέψεις για το πώς τα άτομα ιονίζονται όταν επηρεάζονται από ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας

Οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει μια νέα μέθοδο για τον υπολογισμό των ενεργειών ιονισμού των ατόμων όταν επηρεάζονται από ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας. Η προσέγγιση, που περιγράφεται λεπτομερώς σε ένα έγγραφο που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review A, θα μπορούσε να οδηγήσει σε ακριβέστερες προβλέψεις για το πώς συμπεριφέρονται τα άτομα σε διάφορα περιβάλλοντα, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που βρίσκονται σε πλάσματα και αντιδραστήρες σύντηξης.

Όταν ένα άτομο επηρεάζεται από ένα ηλεκτρόνιο υψηλής ενέργειας, μερικά από τα ενέργεια του ηλεκτρονίου μπορούν να μεταφερθούν στα ηλεκτρόνια του ατόμου, προκαλώντας τους να διεγερθούν ή ακόμη και να ιονιστούν (εκτοξευμένα από το άτομο). Η ενέργεια που απαιτείται για να ιονίζει ένα άτομο είναι γνωστή ως ενέργεια ιονισμού.

Η ενέργεια ιονισμού ενός ατόμου εξαρτάται από έναν αριθμό παραγόντων, συμπεριλαμβανομένης της ενέργειας του προσπίπτοντος ηλεκτρονίου και του αριθμού των ηλεκτρονίων στο άτομο. Για απλά άτομα, όπως το υδρογόνο, η ενέργεια ιονισμού μπορεί να υπολογιστεί σχετικά εύκολα. Ωστόσο, για πιο πολύπλοκα άτομα, όπως αυτά με πολλά ηλεκτρόνια, οι υπολογισμοί γίνονται πολύ πιο δύσκολοι.

Η νέα προσέγγιση που αναπτύχθηκε από τους επιστήμονες χρησιμοποιεί μια τεχνική που ονομάζεται "λειτουργική θεωρία πυκνότητας" (DFT). Το DFT είναι μια κβαντική μηχανική μέθοδος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό των ιδιοτήτων των ατόμων, των μορίων και των στερεών. Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν DFT για να υπολογίσουν τις ενέργειες ιονισμού ενός αριθμού ατόμων, συμπεριλαμβανομένου του υδρογόνου, του ήλιου και του λιθίου.

Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι η νέα τους προσέγγιση ήταν σε θέση να προβλέψει τις ενέργειες ιονισμού των ατόμων με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια από τις προηγούμενες μεθόδους. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το DFT λαμβάνει υπόψη τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ όλων των ηλεκτρονίων στο άτομο, το οποίο είναι σημαντικό για τον ακριβή υπολογισμό της ενέργειας ιονισμού.

Η νέα προσέγγιση θα μπορούσε να οδηγήσει σε ακριβέστερες προβλέψεις για το πώς συμπεριφέρονται τα άτομα σε διάφορα περιβάλλοντα, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που βρίσκονται σε πλάσματα και αντιδραστήρες σύντηξης. Αυτό θα μπορούσε να είναι σημαντικό για το σχεδιασμό νέων υλικών και συσκευών που μπορούν να αντέξουν τις σκληρές συνθήκες που βρίσκονται σε αυτά τα περιβάλλοντα.

Εκτός από τις πιθανές εφαρμογές της στη φυσική του πλάσματος και την έρευνα σύντηξης, η νέα προσέγγιση θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη των ιδιοτήτων των ατόμων και των μορίων σε άλλους τομείς, όπως η χημεία, η βιολογία και η επιστήμη των υλικών.