یک دوربین با سرعت عکسبرداری یک تریلیونم ثانیه‌ای، توانست «آشوب» را در عمل ثبت کند

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

با در نظر گرفتن این موضوع، دانشمندان روشی را برای دستیابی به سرعت شاتر که یک تریلیونم ثانیه یا ۲۵۰ میلیون برابر سریع‌تر دوربین‌های دیجیتال است، رونمایی کرده‌اند. این باعث می‌شود که بتواند چیزی بسیار مهم در علم مواد را به تصویر بکشد: هرج و مرج یا آشوب.

به زبان ساده، آشوب زمانی در سطح اتمی زمانی رخ می‌دهد که خوشه‌های اتم در یک ماده به صورت‌های مختلف، در یک دوره معین حرکت می‌کنند و می‌رقصند که می‌تواند ناشی از لرزش یا تغییر دما ایجاد می‌شود. این پدیده‌ هنوز به طور کامل درک نشده، اما برای شناسایی خواص و واکنش‌های مواد بسیار مهم است.

سیستم جدید سرعت شاتر فوق سریع، که در ماه مارس سال جاری رونمایی شد، بینش جدیدی به ما ارائه می‌دهد. محققان اختراع خود را تابع توزیع جفت اتمی شاتر متغیر یا به اختصار vsPDF نامیده‌اند. با این تکنیک، ما می‌توانیم یک ماده را تماشا کنیم و ببینیم کدام اتم‌ها در رقص هستن.

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

محققان در آزمایش ابتدایی خود، دوربین نوترونی خود را بر روی ماده‌ای به نام تلورید ژرمانیوم (GeTe) متمرکز کردند. این ماده  دلیل ویژگی‌های خاص خود که به طور گسترده برای تبدیل گرمای هدر رفته به برق یا الکتریسیته به خنک‌کننده 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، و اتم‌ها حرکت را به انرژی حرارتی مبادله می‌کنند که با شیبی سمت و سوی قطبش الکتریکی خود به خودی ماده مطابقت دارد.

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.

این تحقیق در Nature Materials منتشر شده.