Para tomar una foto, las mejores cámaras digitales del mercado abren su obturador por alrededor de cuatro milésimas de segundo.
Para la actividad atómica instantánea, necesitaría un obturador que haga clic mucho más rápido.
Con eso en mente, los científicos dieron a conocer en 2023 Una forma de lograr una velocidad de obturación que es un mero billonésimo de un segundo o 250 millones de veces más rápido que esas cámaras digitales. Eso lo hace capaz de capturar algo muy importante en la ciencia de los materiales: trastorno dinámico.
En pocas palabras, es cuando los grupos de átomos se mueven y bailan en un material de manera específica durante un cierto período, desencadenado por una vibración o un cambio de temperatura, por ejemplo. Todavía no es un fenómeno que entendemos completamente, pero es crucial para las propiedades y reacciones de los materiales.
El sistema de velocidad de obturación súper velocidad nos da mucha más información sobre lo que está sucediendo con el trastorno dinámico. Los investigadores se refieren a su invención como función de distribución de pares atómicos de obturador variable, o VSPDF para abreviar.
“Es solo con esta nueva herramienta VSPDF que realmente podemos ver este lado de los materiales”. dicho Científico de materiales Simon Billinge de la Universidad de Columbia en Nueva York.
“Con esta técnica, podremos ver un material y ver qué átomos hay en el baile y cuáles están sentados”.
Una velocidad de obturación más rápida captura una instantánea más precisa de tiempo, lo que es útil para mover objetos rápidamente como átomos de inicio rápidamente. Use una velocidad de obturación baja en una foto de un juego deportivo, por ejemplo, y terminarás con jugadores borrosos en el marco.
Para lograr su complemento asombrosamente rápido, VSPDF usa neutrones para medir la posición de los átomos, en lugar de las técnicas de fotografía convencionales. La forma en que los neutrones golpean y pasan a través de un material se puede rastrear para medir los átomos circundantes, con cambios en los niveles de energía el equivalente a los ajustes de la velocidad del obturador.
Esas variaciones en la velocidad del obturador son significativas, así como la velocidad de obturación de billonésima parte de un segundo: son vitales para elegir el trastorno dinámico del trastorno estático relacionado pero diferente: el fondo normal que se mueve en el lugar de los átomos que no mejoran la función de un material.
“Nos da una forma completamente nueva de desenredar las complejidades de lo que está sucediendo en materiales complejos, efectos ocultos que pueden sobrealimentar sus propiedades”. dicho Billinge.
En este caso, los investigadores entrenaron su cámara de neutrones en un material llamado Tellururo de germanio (Gete), que debido a sus propiedades particulares se usa ampliamente para convertir el calor residual en electricidad o electricidad en enfriamiento.
La cámara reveló que Gete permaneció estructurado como un cristal, de término medio, a todas las temperaturas. Pero a temperaturas más altas, mostró un trastorno más dinámico, donde los átomos intercambiaron movimiento en energía térmica después de un gradiente que coincide con la dirección de la polarización eléctrica espontánea del material.
Una mejor comprensión de estas estructuras físicas mejora nuestro conocimiento de cómo funciona los termoeléctricos, lo que nos permite desarrollar mejores materiales y equipos, como los instrumentos que se alimentan Marte Rovers cuando la luz solar no está disponible.
A través de modelos basados en observaciones capturadas por la nueva cámara, se puede mejorar la comprensión científica de estos materiales y procesos. Sin embargo, todavía hay mucho trabajo por hacer para hacer que VSPDF esté listo para ser un método de prueba ampliamente utilizado.
“Anticipamos que la técnica VSPDF descrita aquí se convertirá en una herramienta estándar para conciliar estructuras locales y promedio en materiales energéticos”, los investigadores explicado en su papel.
La investigación fue publicada en Materiales de la naturaleza.
Una versión anterior de este artículo se publicó en marzo de 2023.