原子が高エネルギーの電子に打たれると、電子はそのエネルギーを原子の電子に伝達し、イオン化することができます。イオン化エネルギーは、原子からそれを解放するために電子に伝達する必要があるエネルギーの最小量です。
原子のイオン化エネルギーは多くの要素で実験的に測定されていますが、これらの測定は困難で時間がかかる場合があります。したがって、イオン化エネルギーを計算するための理論的方法は、極端な環境における原子と分子の特性を理解するために不可欠です。
カリフォルニア大学バークレー校の研究者によって開発された新しい方法は、密度官能理論（DFT）として知られる量子力学的アプローチに基づいています。 DFTは、材料の特性を計算するために広く使用されている方法ですが、通常、他の方法よりもイオン化エネルギーを計算するのは正確ではありません。
研究者は、イオン化された電子の波動関数を表す新しい方法を開発することにより、この制限を克服しました。この新しい表現は、Bスプライン法として知られる数学的手法に基づいており、核近くの電子の動きをより正確に説明できるようになります。
研究者は、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンなど、さまざまな原子に関する新しい方法をテストしました。彼らは、その方法が以前のDFTメソッドよりも正確であることを発見し、場合によっては、計算的に高価なより洗練された方法よりも優れていることさえありました。
この新しい方法は、プラズマにおけるイオン化プロセスの研究、星の大気、原子と星間放射線の相互作用など、高エネルギー物理学や天体物理学のさまざまな用途に役立つと予想されます。
