لالتقاط صورة ، تفتح أفضل الكاميرات الرقمية في السوق مصراعها لمدة ربع ثانية تقريبًا.
لأخذ لقطة للنشاط الذري ، ستحتاج إلى مصراع ينقر بشكل أسرع.
مع وضع ذلك في الاعتبار ، كشف العلماء عن طريقة لتحقيق سرعات غالق لا تتجاوز واحد 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 ، هو عندما تتحرك مجموعات الذرات وترقص في مادة بطريقة معينة لفترة زمنية معينة ، بسبب الاهتزاز أو تغير في درجة الحرارة ، على سبيل المثال. إنها ليست ظاهرة نفهمها تمامًا بعد ، ولكنها مهمة لخصائص وتفاعلات المواد.
يمنحنا نظام سرعة الغالق الجديد فائق السرعة ، الذي تم الكشف عنه في مارس من هذا العام ، نظرة أكثر ثاقبة على ما يحدث مع الفوضى الديناميكية. يشير الباحثون إلى اختراعهم على أنه دالة توزيع زوج ذرية متغيرة للمصراع ، أو vsPDF باختصار.
“فقط باستخدام أداة vsPDF الجديدة هذه يمكننا حقًا رؤية هذا الجانب من المواد ،” قال عالم المواد سيمون بيلينج من جامعة كولومبيا في نيويورك.
“بهذه التقنية ، سنتمكن من مراقبة مادة ما ومعرفة الذرات الموجودة في الرقصة وأيها الغائب.”
تلتقط سرعة الغالق الأسرع لقطة أكثر دقة للوقت ، وهو أمر مفيد للأجسام المتحركة بسرعة مثل الذرات التي تهتز بسرعة. استخدم سرعة غالق بطيئة في لقطة من لعبة رياضية ، على سبيل المثال ، وسوف ينتهي بك الأمر مع لاعبين ضبابيين في الإطار.
للحصول على لقطة سريعة بشكل مدهش ، تستخدم vsPDF النيوترونات لقياس موضع الذرات ، بدلاً من تقنيات التصوير التقليدية. يمكن تتبع الطريقة التي تضرب بها النيوترونات وتمر بها مادة لقياس الذرات المحيطة ، مع تغيرات في مستويات الطاقة تعادل التعديلات في سرعة الغالق.
تعد هذه الاختلافات في سرعة الغالق مهمة ، بالإضافة إلى سرعة الغالق البالغة جزء من المليار من الثانية: فهي ضرورية للتمييز بين الاضطراب الديناميكي والاضطراب الساكن ذي الصلة ولكن المختلف – اهتزاز الخلفية الطبيعي بدلاً من الذرات التي لا تحسن وظيفة مادة.
“إنها تعطينا طريقة جديدة تمامًا لكشف تعقيدات ما يحدث في المواد المعقدة ، والتأثيرات المخفية التي يمكن أن تعزز 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 مثل البلور ، بمعدل، في جميع درجات الحرارة. ولكن في درجات الحرارة المرتفعة ، أظهر اضطرابًا أكثر ديناميكية ، حيث تبادلت الذرات الحركة للحصول على طاقة حرارية على طول تدرج يطابق اتجاه الاستقطاب الكهربائي التلقائي للمادة.
إن الفهم الأفضل لهذه الهياكل الفيزيائية يحسن معرفتنا بكيفية عمل الكهرباء الحرارية ، مما يسمح لنا بتطوير مواد ومعدات أفضل ، مثل الأدوات التي تزود مركبات المريخ بالطاقة عندما لا يتوفر ضوء الشمس.
بفضل النماذج المستندة إلى 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 قبل أن يصبح vsPDF طريقة اختبار مستخدمة على نطاق واسع.
قال الباحثون: “نتوقع أن تصبح تقنية vsPDF الموصوفة هنا أداة قياسية للتوفيق بين الهياكل المحلية والمتوسطة في المواد النشطة”. يشرح في ورقتهم.
تم نشر البحث في المواد الطبيعية.
نُشرت نسخة سابقة من هذه المقالة في مارس 2023.
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”