Una fotocamera da trilioni di secondi cattura il disordine in azione: ScienceAlert

Per scattare una foto, le migliori fotocamere digitali sul mercato aprono l’otturatore per circa un quattromillesimo di secondo.

Per fotografare l’attività atomica, avrai bisogno di un otturatore che scatti più velocemente.

Con questo in mente, gli scienziati hanno rivelato un modo per ottenere una velocità dell’otturatore di solo un trilionesimo di secondo, o 250 milioni di volte più veloce di quella delle fotocamere digitali. Questo lo rende in grado di catturare qualcosa di molto importante nella scienza dei materiali: la turbolenza dinamica.

In poche parole, accade quando gruppi di atomi in un materiale si muovono e danzano in un certo modo per un certo periodo di tempo, ad esempio a causa di vibrazioni o cambiamenti di temperatura. Non è ancora un fenomeno che comprendiamo appieno, ma è importante per le proprietà e le interazioni dei materiali.

Il nuovo sistema di velocità dell’otturatore ultraveloce, presentato a marzo di quest’anno, ci offre ancora più informazioni su cosa sta succedendo con la turbolenza dinamica. I ricercatori si riferiscono alla loro invenzione come alla funzione di distribuzione variabile della coppia atomica dell’otturatore, o vsPDF in breve.

“Solo con questo nuovo strumento vsPDF possiamo davvero vedere questo lato del materiale”, Egli ha detto Lo scienziato dei materiali Simon Billinge della Columbia University di New York.

“Con questa tecnologia, saremo in grado di osservare un materiale e vedere quali atomi sono in movimento e quali sono fuori”.

Una velocità dell’otturatore più elevata cattura una ripresa del tempo più precisa, che aiuta gli oggetti in rapido movimento come gli atomi che vibrano rapidamente. Usa una bassa velocità dell’otturatore su una foto di un gioco sportivo, ad esempio, e ti ritroverai con giocatori sfocati nell’inquadratura.

Per ottenere un’istantanea incredibilmente veloce, vsPDF utilizza i neutroni per misurare la posizione degli atomi, piuttosto che le tradizionali tecniche di imaging. Il modo in cui i neutroni colpiscono e attraversano la materia può essere monitorato per misurare gli atomi circostanti, con cambiamenti nei livelli di energia equivalenti alle regolazioni della velocità dell’otturatore.

Queste differenze nella velocità dell’otturatore sono significative, oltre al trilionesimo di una seconda velocità dell’otturatore: sono fondamentali per distinguere la turbolenza dinamica dalla turbolenza statica correlata e diversa: lo sfondo naturale che vibra nel punto di atomi non vestiti. Migliora la funzionalità del materiale.

“Ci offre un modo completamente nuovo per districare le complessità di ciò che accade in materiali complessi e le sottili influenze che possono aumentare le loro proprietà”. Egli ha detto Fatture.

In questo caso, i ricercatori hanno puntato la loro fotocamera a neutroni su un materiale chiamato Tellururo di germanio (GeTe), ampiamente utilizzato per le sue speciali proprietà di conversione del calore disperso in elettricità o dell’elettricità in raffreddamento.

La telecamera ha rivelato che GeTe è rimasto cristallino, nel mezzo, a tutte le temperature. Ma a temperature più elevate, mostrava un maggiore disordine dinamico, poiché gli atomi scambiavano il movimento in energia termica seguendo un gradiente che corrisponde alla direzione della polarizzazione elettrica spontanea del materiale.

Una migliore comprensione di queste strutture fisiche migliora la nostra conoscenza di come funzionano i termoelettrici, consentendoci di sviluppare materiali e attrezzature migliori, come gli strumenti che alimentano i rover su Marte quando la luce solare non è disponibile.

Attraverso modelli basati su osservazioni catturate dalla nuova fotocamera, è possibile migliorare la comprensione scientifica di questi materiali e processi. Tuttavia, c’è ancora molto lavoro da fare per preparare vsPDF a diventare un metodo di test ampiamente utilizzato.

“Ci aspettiamo che la tecnologia vsPDF qui descritta diventi uno strumento standard per riconciliare strutture locali e intermedie nei materiali energetici”, affermano i ricercatori. spiegare nel loro giornale.

Ricerca pubblicata in materiali della natura.

Una versione precedente di questo articolo è stata pubblicata nel marzo 2023.