Saniyenin Trilyonda Biri Enstantane Hızında Kamera Geliştirildi

Fotoğraf çekmek için, piyasadaki en iyi dijital kameralar deklanşörlerini saniyenin yaklaşık dört binde biri oranında açar.

Atomik aktivitenin fotoğrafını çekmek için, çok daha hızlı çalışan bir deklanşöre ihtiyacınız olacaktır.

Şimdi bilim insanları, saniyenin yalnızca trilyonda biri (dijital kameralardan 250 milyon kat daha hızlı) bir deklanşör hızına ulaşmanın bir yolunu buldular. Bu, malzeme biliminde çok önemli bir şeyi yakalamamızı sağlayabilir: dinamik düzensizlik.

Basitçe söylemek gerekirse, atom kümelerinin belirli bir süre boyunca bir malzemede belirli şekillerde hareket etmesi ve dans etmesidir - bir titreşim veya sıcaklık değişikliği ile tetiklenir. Henüz tam olarak anladığımız bir olgu değil ama malzemelerin özellikleri ve reaksiyonları için çok önemli.

Yeni süper hızlı deklanşör hızı sistemi, dinamik düzensizlikle neler olduğuna dair bize çok daha fazla fikir veriyor. Araştırmacılar buluşlarından değişken örtücü atomik çift dağılım fonksiyonu veya kısaca vsPDF olarak bahsediyorlar.

New York'taki Columbia Üniversitesi'nden malzeme bilimcisi Simon Billinge, "Yalnızca bu yeni vsPDF aracıyla malzemelerin bu tarafını gerçekten görebiliriz," diyor. "Bu teknikle, bir malzemeyi izleyebileceğiz ve hangi atomların dansta olduğunu ve hangilerinin oturduğunu görebileceğiz."

Daha hızlı deklanşör hızı, zamanın daha kesin bir anlık görüntüsünü yakalar ve bu, hızla titreyen atomlar gibi hızlı hareket eden nesneler için yararlıdır. Örneğin, bir spor karşılaşmasının fotoğrafında düşük bir deklanşör hızı kullanırsanız, çerçevede bulanık oyuncular görürsünüz.

Fotoğraf: GeTE'nin atomik yapısını daha yavaş (solda) ve daha hızlı (sağda) deklanşör hızlarında gösteren çizim. (Jill Hemman/ORNL, ABD Enerji Bakanlığı)

Şaşırtıcı derecede hızlı yakalamaya ulaşmak için vsPDF, geleneksel fotoğrafçılık teknikleri yerine atomların konumunu ölçmek için nötronları kullanır. Nötronların bir malzemeye çarpma ve içinden geçme şekli, çevredeki atomları ölçmek için izlenebilir ve enerji seviyelerindeki değişiklikler, deklanşör hızı ayarlamalarına eşdeğerdir.

Deklanşör hızındaki bu varyasyonlar, deklanşör hızı kadar önemlidir: dinamik bozukluğu ilgili ancak farklı statik bozukluktan ayırmada hayati önem taşırlar

Billinge, "Karmaşık malzemelerde olup bitenlerin karmaşıklığını, özelliklerini güçlendirebilecek gizli etkileri çözmek için bize yepyeni bir yol sunuyor" diyor.

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

Kamera, GeTe'nin tüm sıcaklıklarda ortalama olarak kristal yapıda kaldığını ortaya çıkardı. Ancak daha yüksek sıcaklıklarda, atomların, malzemenin kendiliğinden elektrik polarizasyonunun yönüne uyan bir gradyanı izleyerek termal enerjiye hareket değiştirdiği daha dinamik bir düzensizlik sergiledi.

Bu fiziksel yapıları daha iyi anlamak, termoelektriğin nasıl çalıştığına dair bilgimizi geliştirir ve daha iyi malzeme ve ekipman geliştirmemizi sağlar.

Yeni kameranın yakaladığı gözlemlere dayalı modeller aracılığıyla, bu materyallerin ve süreçlerin bilimsel olarak anlaşılması geliştirilebilir. Ancak, vsPDF'yi yaygın olarak kullanılan bir test yöntemi olmaya hazır hale getirmek için yapılacak çok iş var.

Araştırma Nature Materials'da yayınlandı.