Научници развија камера со неверојатно брза експозиција, која во трилионитиот дел од секундата го открива движењето на атомите и хаотичните промени во материјалите.
Брзината на затворачот кај најдобрите дигитални фотоапарати денес изнесува околу четириилјадити делови од секундата. Но, за да се „улови“ движењето на атомите, потребен е затворач кој работи незамисливо побрзо. Тим научници од Универзитетот Колумбија во 2023 година претстави револуционерна техника на снимање со експозиција од само трилионитиот дел од секундата — дури 250 милиони пати побрза од модерната камера. Овој систем отвора сосема нов поглед кон клучниот феномен во науката за материјалите: динамички неред.
Динамичкиот неред претставува моменти кога групи атоми во материјалот „нервозно“ се движат и меѓусебно делуваат, било поради вибрации или промени во температурата. Овие микрофлуктуации влијаат на електричните, топлотните и механичките својства на материјалите, но досега беа речиси невозможни за директно набљудување.
Нова vsPDF технологија го снима „танцот на атомите“ во реално време
Новата метода, наречена vsPDF (variable shutter atomic pair distribution function), користи неутрони наместо светлина. Наместо оптички објектив, научниците мерат како неутроните поминуваат низ материјалот и реагираат со атомите, бележејќи ги нивните позиции со неверојатна прецизност. Промените во енергетските нивоа на неутроните функционираат како своеобразна контрола на брзината на затворачот, овозможувајќи им на истражувачите да го разликуваат динамичкиот неред од статистичкиот: статичкото „тресење“ на атомите кое не влијае на однесувањето на материјалот.
Физичарот Сајмон Билинг од Колумбија објаснува дека дури со оваа технологија е возможно „да се види кои атоми танцуваат, а кои мируваат“. Во демонстрацијата, тимот го проучувал германиум телуридот (GeTe), познат по својата способност да ја претвора топлината во електрична енергија. Камерата открила дека материјалот ја задржува својата кристална структура дури и при високи температури, но дека тогаш покажува засилен динамички неред, во согласност со насоката на неговата електрична поларизација.
Овие набљудувања помагаат во разбирањето на термоелектричните ефекти, што може да доведе до развој на поефикасни уреди за претворање на топлина во електрична енергија, како системите кои ги напојуваат роверите на Марс кога нема сончева светлина.
Иако технологијата сè уште е во развојна фаза, научниците веруваат дека vsPDF наскоро ќе стане стандарден алат во проучувањето на енергетските материјали, овозможувајќи „видување“ на невидливата динамика што ја обликува иднината на науката за материјалите.
