Saniyenin Trilyonda Biri Enstantane Hızına Sahip Kamera Aksiyon Halindeki Kaosu Yakalıyor

Bu düşünceyle, bilim insanları 2023 yılında saniyenin sadece trilyonda biri ya da bu dijital kameralardan 250 milyon kat daha hızlı bir deklanşör hızına ulaşmanın bir yolunu açıkladılar. Bu, malzeme biliminde çok önemli bir şeyi yakalayabilmesini sağlıyor: dinamik düzensizlik

Basitçe ifade etmek gerekirse, atom kümelerinin bir malzeme içinde belirli bir süre boyunca belirli şekillerde hareket etmesi ve dans etmesidir - örneğin bir titreşim veya sıcaklık değişikliği ile tetiklenir. Bu henüz tam olarak anladığımız bir olgu değil, ancak malzemelerin özellikleri ve reaksiyonları için çok önemli.

Süper hızlı deklanşör hızı sistemi, dinamik düzensizlikte neler olup bittiğine dair bize çok daha fazla fikir veriyor. Araştırmacılar buluşlarını değişken enstantane atomik çift dağılım fonksiyonu ya da kısaca vsPDF olarak adlandırıyor.

New York'taki Columbia Üniversitesi'nden malzeme bilimci Simon Billinge, “Sadece bu yeni vsPDF aracıyla malzemelerin bu yönünü gerçekten görebiliyoruz” dedi.

“Bu teknikle, bir malzemeyi izleyebilecek ve hangi atomların dans ettiğini ve hangilerinin dışarıda kaldığını görebileceğiz.”

Daha yüksek bir deklanşör hızı, zamanın daha kesin bir anlık görüntüsünü yakalar; bu da hızla titreyen atomlar gibi hızla hareket eden nesneler için yararlıdır. Örneğin bir spor karşılaşmasının fotoğrafında düşük bir enstantane hızı kullanırsanız, karede bulanık oyuncularla karşılaşırsınız.

vsPDF, şaşırtıcı derecede hızlı çekim yapabilmek için geleneksel fotoğrafçılık teknikleri yerine atomların konumunu ölçmek üzere nötronları kullanıyor. Nötronların bir malzemeye çarpma ve içinden geçme şekli, enerji seviyelerindeki değişiklikler deklanşör hızı ayarlamalarına eşdeğer olacak şekilde, çevredeki atomları ölçmek için takip edilebilir.

Deklanşör hızındaki bu değişimler, saniyenin trilyonda biri deklanşör hızı kadar önemlidir: Dinamik düzensizliği, ilgili ancak farklı statik düzensizlikten (bir malzemenin işlevini artırmayan atomların yerinde sallanan normal arka plan) ayırt etmede hayati öneme sahiptirler.

Billinge, “Bu bize karmaşık malzemelerde neler olup bittiğinin karmaşıklığını, özelliklerini güçlendirebilecek gizli etkileri çözmenin yepyeni bir yolunu sunuyor” dedi.

Bu durumda, araştırmacılar nötron kameralarını germanyum tellür (GeTe) adı verilen ve belirli özellikleri nedeniyle atık ısıyı elektriğe veya elektriği soğutmaya dönüştürmek için yaygın olarak kullanılan bir malzeme üzerinde eğittiler.

Kamera, GeTe'nin ortalama olarak tüm sıcaklıklarda kristal yapısını koruduğunu ortaya çıkardı. Ancak daha yüksek sıcaklıklarda, atomların malzemenin kendiliğinden elektrik polarizasyonunun yönüne uyan bir gradyanı izleyerek hareketi termal enerjiye dönüştürdüğü daha dinamik bir düzensizlik sergiledi.

Bu fiziksel yapıların daha iyi anlaşılması, termoelektriklerin nasıl çalıştığına dair bilgilerimizi geliştirerek, güneş ışığı olmadığında Mars gezginlerine güç sağlayan aletler gibi daha iyi malzemeler ve ekipmanlar geliştirmemizi sağlıyor.

Yeni kamera tarafından yakalanan gözlemlere dayanan modeller sayesinde, bu malzemelerin ve süreçlerin bilimsel anlayışı geliştirilebilir. Bununla birlikte, vsPDF'yi yaygın olarak kullanılan bir test yöntemi olmaya hazır hale getirmek için hala yapılması gereken çok iş var.

Araştırmacılar makalelerinde, “Burada açıklanan vsPDF tekniğinin, enerji malzemelerindeki yerel ve ortalama yapıları uzlaştırmak için standart bir araç haline geleceğini tahmin ediyoruz” dedi.

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.