Ny beregningsmetode giver mere præcise forudsigelser af, hvordan atomer ioniserer, når de påvirkes af højenergielektroner

Forskere har udviklet en ny metode til at beregne atomers ioniseringsenergier, når de påvirkes af højenergielektroner. Tilgangen, der er beskrevet i et papir offentliggjort i tidsskriftet Physical Review A, kunne føre til mere præcise forudsigelser af, hvordan atomer opfører sig i en række forskellige miljøer, herunder dem, der findes i plasmaer og fusionsreaktorer.

Når et atom påvirkes af en højenergielektron, kan noget af elektronens energi overføres til atomets elektroner, hvilket får dem til at blive exciteret eller endda ioniseret (udstødt fra atomet). Den energi, der kræves for at ionisere et atom, er kendt som ioniseringsenergien.

Et atoms ioniseringsenergi afhænger af en række faktorer, herunder energien af ​​den indfaldende elektron og antallet af elektroner i atomet. For simple atomer, såsom brint, kan ioniseringsenergien beregnes relativt let. Men for mere komplekse atomer, såsom dem med mange elektroner, bliver beregningerne meget vanskeligere.

Den nye tilgang udviklet af forskerne bruger en teknik kaldet "density functional theory" (DFT). DFT er en kvantemekanisk metode, der kan bruges til at beregne egenskaberne af atomer, molekyler og faste stoffer. Forskerne brugte DFT til at beregne ioniseringsenergierne for en række atomer, herunder brint, helium og lithium.

Forskerne fandt ud af, at deres nye tilgang var i stand til at forudsige atomernes ioniseringsenergier med meget større nøjagtighed end tidligere metoder. Dette skyldes, at DFT tager hensyn til interaktionerne mellem alle elektronerne i atomet, hvilket er vigtigt for nøjagtigt at beregne ioniseringsenergien.

Den nye tilgang kan føre til mere præcise forudsigelser af, hvordan atomer opfører sig i en række forskellige miljøer, herunder dem, der findes i plasmaer og fusionsreaktorer. Dette kan være vigtigt for at designe nye materialer og enheder, der kan modstå de barske forhold, der findes i disse miljøer.

Ud over dets potentielle anvendelser inden for plasmafysik og fusionsforskning, kan den nye tilgang også bruges til at studere egenskaberne af atomer og molekyler på andre områder, såsom kemi, biologi og materialevidenskab.