Os cientistas olham de perto as superfícies geladas com espectroscopia, simulação e aprendizado de máquina

Assim como uma língua congela para um poste de metallic gelado, o gelo pode acelerar a adsorção ou a viscosidade das moléculas. Uma superfície gelada também pode fazer com que as moléculas se degradam na presença de luz, liberando gases traços. Antes que os pesquisadores possam medir essas reações e incorporar seus impactos nos modelos atmosféricos globais, os pesquisadores precisam primeiro entender a estrutura do próprio gelo.

Para esse fim, um estudo recente do Lawrence Livermore Nationwide Laboratory (LLNL) usou uma combinação de espectroscopia, simulação e aprendizado de máquina para examinar a superfície do gelo. O estudo é publicado no diário Jacs au.

Na maior parte do gelo, a equipe descobriu que os prótons são desordenados: enquanto o Átomos de oxigênio são fixados em um padrão distinto, o átomos de hidrogênio são orientados aleatoriamente. Por outro lado, na superfície do gelo, eles descobriram que os prótons são ordenados: os átomos de oxigênio e hidrogênio são fixados no lugar.

Os cientistas obtiveram dados simulando a espectroscopia de geração de soma vibracional (SFG), que investiga as propriedades vibracionais de regiões assimétricas de materiais, como superfícies ou interfaces. Essa técnica está bem estabelecida, mas a interpretação experimental dos resultados pode ser desafiadora devido à falta de informações moleculares. Ao desenvolver uma rede neural e implantar simulações, os pesquisadores foram capazes de atribuir picos de espectros a configurações específicas de moléculas de água.

“Esses modelos de aprendizado de máquina permitiram uma exploração eficiente de vários arranjos de prótons no superfície de gelo e melhorou significativamente nossa capacidade de interpretar medições experimentais “, disse o físico de Margaret Berrens, LLNL no grupo de simulações quânticas e primeiro autor do estudo.

A publicação demonstra uma maneira eficiente de simular e calcular espectros de superfície e prova a utilidade da espectroscopia SFG como uma ferramenta para explorar interfaces de gelo.

“Nossas descobertas e metodologia aumentarão a compreensão dos intrincados processos químicos que ocorrem em condições atmosféricas únicas e críticas”, disse o cientista Anh Pham, LLNL e investigador principal do projeto.

Olhando para o futuro, a equipe pretende usar um fluxo de trabalho semelhante para examinar interfaces sólidas-líquidas.