За да заснемат изображение, съвременните цифрови фотоапарати отварят затвора си за около една четири хилядна от секундата. Но когато става въпрос за улавяне на движението на атоми, е необходима камера, способна да заснема със значително по-висока скорост. Именно такава иновация разработиха учени – камера, която разкрива невидимия свят на атомите с невероятна скорост и прецизност.
Резултатите от това изследване са публикувани в списание Nature Materials, съобщава ScienceAlert.
Става дума за камера, която отваря затвора си за трилионна част от секундата – около 250 милиона пъти по-бързо от обикновените цифрови камери. Тази свръхскорост позволява на учените да уловят явление, наречено „динамичен хаос“.
Динамичният хаос е процес, при който групи атоми в даден материал започват да се движат по особен начин в определен интервал от време – обикновено в отговор на вибрации или температурни промени. Макар учените все още да не го разбират напълно, това явление е ключово за по-доброто познаване на свойствата на материалите.
Свръхбързият затвор на новата система предоставя много по-точна информация за движението на атомите в такива състояния. Изобретението е наречено „функция за разпределение на атомни двойки с променлив затвор“ или накратко vsPDF. С нейна помощ физиците успяват да видят кои атоми се движат и кои остават неподвижни.
Колкото по-бърз е затворът, толкова по-прецизни са изображенията – особено когато се следят бързо вибриращи атоми. За разлика от обикновените фотоапарати, vsPDF използва неутрони, за да измерва позицията на атомите. Когато неутроните преминават през материала, те реагират на заобикалящите атоми, и промените в енергийните нива позволяват отчитане, подобно на корекции в скоростта на затвора.
Тези промени са от решаващо значение, защото позволяват разграничаване между динамичния безпорядък и статичните фонови колебания, които не влияят върху функцията на даден материал.
Според учените новата технология позволява да се наблюдава случващото се в сложни материали и да се открият скрити процеси, които могат да подобрят техните качества.
Като обект на изследване е използван материал, наречен германиев телурид, който благодарение на уникалните си свойства може да преобразува отпадна топлина в електричество или обратното – електрическа енергия в охлаждане.
С помощта на камерата учените установили, че този материал запазва кристалната си структура при различни температури, но при по-високи температури атомите му започват да се колебаят по-интензивно, превръщайки движението си в топлинна енергия.
По-доброто разбиране на подобни процеси дава възможност за усъвършенстване на термоелектричеството – технология, която би могла да доведе до създаването на по-ефективни материали и оборудване.
About the Author
