دوربینی نوترونی با سرعت شاتر «مجازی» تریلیونم ثانیه «آشوب» را در عمل مشاهده کرد!

بهترین دوربین‌های دیجیتال موجود در بازار شاتر خود را حدود یک چهار هزارم ثانیه باز می‌کنند. برای گرفتن عکس از فعالیت اتمی، به شاتری نیاز دارید که خیلی سریعتر کلیک کند.

اما دانشمندان به تازگی شاتر دوربینی ساخته‌اند که تنها یک تریلیونم ثانیه یا ۲۵۰ میلیون برابر سریعتر از آن دوربین های دیجیتال باز و بسته می‌شود. این امر باعث می‌شود که بتواند چیزی بسیار مهم در علم مواد را به تصویر بکشد: مانند اختلال پویا dynamic disorder . به عبارت ساده، زمانی که خوشه‌های اتم در یک ماده به روش‌های خاصی در یک دوره معین حرکت می‌کنند و می‌جنبند برای مثال، ظی یک تغییر دما. این پدیده‌ای نیست که هنوز به طور کامل آن را درک کرده باشیم، اما درک آن برای خواص و واکنش‌های مواد بسیار مهم است.

سیستم جدید سرعت شاتر فوق سریع به ما بینش بسیار بیشتری در مورد آنچه در اختلال پویا اتفاق می‌افتد، می‌دهد. محققان از اختراع خود به عنوان تابع توزیع جفت اتمی شاتر متغیر یا به اختصار vsPDF یاد می کنند.

با این تکنیک، ما می‌توانیم یک ماده را تماشا کنیم و ببینیم کدام اتم‌ها در رقص هستند و کدام‌ها آن را بیرون می‌کشند.

سرعت شاتر بیشتر، عکس لحظه‌ای دقیق‌تری از اجسامی می‌گیرد که به سرعت در حال حرکت هستند مانند اتم‌هایی که به سرعت تکان می‌خورند.

تصویری که ساختار اتمی GeTE را در سرعت های شاتر کندتر (چپ) و سریعتر (راست) نشان می دهد.

vsPDF برای دستیابی به عکس سریع شگفت‌انگیز خود، به جای تکنیک‌های عکاسی مرسوم، از نوترون‌ها برای اندازه‌گیری موقعیت اتم‌ها استفاده می‌کند. با ارزیابی نحوه برخورد نوترون‌ها و عبور آنها از یک ماده، می‌توان برای اندازه‌گیری اتم‌های اطراف، با تغییراتی در سطوح انرژی که معادل تنظیم سرعت شاتر است، استفاده کرد.

این تغییرات در سرعت شاتر و همچنین سرعت شاتر یک تریلیونم یک ثانیه قابل توجه است. این روشی کاملاً جدید به ما امکان می‌دهد تا پیچیدگی‌های آنچه را که در مواد پیچیده می‌گذرد را ببینیم.

در این مورد، محققان دوربین نوترونی خود را بر روی ماده‌ای به نام تلورید ژرمانیوم (GeTe) تنظیم کردند که به دلیل خواص خاص آن به طور گسترده برای تبدیل گرمای اتلاف الکتریسیته به برق یا خنک‌کنندگی با الکتریسیته استفاده می‌شود.

دوربین نشان داد که GeTe به طور متوسط در تمام دماها مانند یک کریستال ساختار یافته است. اما در دماهای بالاتر، اختلال دینامیکی بیشتری را نشان می‌دهد، چرا که اتم‌ها حرکت را به انرژی حرارتی تبدیل می‌کنند.

درک بهتر این ساختارهای فیزیکی دانش ما را در مورد نحوه عملکرد ترموالکتریک بهبود می‌بخشد، و ما را قادر می‌سازد مواد و تجهیزات بهتری را توسعه دهیم. مانند ابزارهایی که به مریخ نوردهای مریخ کمک می‌کنند تا در زمانی که نور خورشید در دسترس نیست، همچنان کار کنند.

این تحقیق در Nature Materials منتشر شده است.