كاميرا تريليون من الثانية تلتقط الفوضى أثناء العمل: ScienceAlert

لالتقاط صورة ، تفتح أفضل الكاميرات الرقمية في السوق مصراعها لحوالي واحد على أربعة آلاف من الثانية.

لتصوير النشاط الذري ، ستحتاج إلى مصراع ينقر بسرعة أكبر.

مع أخذ ذلك في الاعتبار ، كشف العلماء عن طريقة لتحقيق سرعة غالق لا تزيد عن تريليون من الثانية ، أو 250 مليون مرة أسرع من تلك الكاميرات الرقمية. هذا يجعله قادرًا على التقاط شيء مهم جدًا في علم المواد: الاضطراب الديناميكي.

ببساطة ، يحدث ذلك عندما تتحرك مجموعات الذرات وتتراقص في مادة ما بطرق معينة خلال فترة زمنية معينة – بسبب الاهتزاز أو تغير درجة الحرارة ، على سبيل المثال. إنها ليست ظاهرة نفهمها تمامًا حتى الآن ، لكنها مهمة لخصائص وتفاعلات المواد.

يمنحنا نظام سرعة الغالق الجديد الفائق السرعة ، الذي تم الكشف عنه في مارس من هذا العام ، نظرة أكثر ثاقبة لما يحدث مع الاضطراب الديناميكي. يشير الباحثون إلى اختراعهم على أنه دالة توزيع متغيرة للزوج الذري للمصراع ، أو vsPDF للاختصار.

“فقط باستخدام أداة vsPDF الجديدة هذه يمكننا حقًا رؤية هذا الجانب من المواد ،” قال عالم المواد Simon Billinge من جامعة كولومبيا في نيويورك.

“باستخدام هذه التقنية ، سنكون قادرين على مشاهدة مادة ما ومعرفة أي الذرات في الرقص وأيها تجلس خارجًا.”

تلتقط سرعة الغالق الأسرع لقطة أكثر دقة للوقت ، مما يساعد على تحريك الأشياء بسرعة مثل الذرات المتذبذبة بسرعة. استخدم سرعة غالق منخفضة في صورة لعبة رياضية ، على سبيل المثال ، وسوف ينتهي بك الأمر مع لاعبين غير واضحين في الإطار.

لتحقيق لقطة سريعة بشكل مذهل ، يستخدم vsPDF النيوترونات لقياس موضع الذرات ، بدلاً من تقنيات التصوير التقليدية. يمكن تتبع الطريقة التي تضرب بها النيوترونات المادة وتمر خلالها لقياس الذرات المحيطة ، مع التغيرات في مستويات الطاقة التي تعادل تعديلات سرعة الغالق.

هذه الاختلافات في سرعة الغالق كبيرة ، بالإضافة إلى سرعة الغالق التي تبلغ تريليون جزء من الثانية: فهي حيوية في انتقاء الاضطراب الديناميكي من الاضطراب الثابت ذي الصلة والمختلف – الخلفية الطبيعية تهتز على بقعة الذرات التي لا ترتديها. تعزيز وظيفة المواد.

“إنه يعطينا طريقة جديدة تمامًا لفك تشابك تعقيدات ما يحدث في المواد المعقدة ، والتأثيرات المخفية التي يمكن أن تزيد من خصائصها” قال الفواتير.

في هذه الحالة ، قام الباحثون بتدريب الكاميرا النيوترونية الخاصة بهم على مادة تسمى الجرمانيوم تيلورايد (GeTe) ، والتي تستخدم على نطاق واسع بسبب خصائصها الخاصة لتحويل الحرارة المهدرة إلى كهرباء ، أو الكهرباء إلى تبريد.

كشفت الكاميرا أن GeTe ظل منظمًا كالبلور ، في المتوسط، في جميع درجات الحرارة. لكن في درجات الحرارة المرتفعة ، أظهر المزيد من الاضطراب الديناميكي ، حيث تبادلت الذرات الحركة إلى طاقة حرارية بعد التدرج الذي يطابق اتجاه الاستقطاب الكهربائي التلقائي للمادة.

يؤدي فهم هذه الهياكل المادية بشكل أفضل إلى تحسين معرفتنا بكيفية عمل الكهروحرارية ، مما يمكننا من تطوير مواد ومعدات أفضل – مثل الأدوات التي تشغل مركبات المريخ الجوالة عندما لا يتوفر ضوء الشمس.

من خلال النماذج القائمة على الملاحظات التي تم التقاطها بواسطة الكاميرا الجديدة ، يمكن تحسين الفهم العلمي لهذه المواد والعمليات. ومع ذلك ، لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به لتجهيز vsPDF ليكون طريقة اختبار مستخدمة على نطاق واسع.

“نتوقع أن تصبح تقنية vsPDF الموصوفة هنا أداة قياسية للتوفيق بين الهياكل المحلية والمتوسطة في مواد الطاقة” ، كما قال الباحثون شرح في ورقتهم.

تم نشر البحث في مواد الطبيعة.

نُشرت نسخة سابقة من هذه المقالة في مارس 2023.