عکس گرفتن از فعالیت‌های اتمی امکان پذیر است؟

به گزارش مجله خبری نگار،با در نظر گرفتن این موضوع، دانشمندان از روشی برای دستیابی به سرعت شاتر که تنها یک تریلیونم ثانیه یا ۲۵۰ میلیون برابر سریع‌تر از دوربین‌های دیجیتال است، رونمایی کرده اند. این سرعت باعث می‌شود که دوربین بتواند چیزی بسیار مهم در علم مواد مانند اختلال پویا را به تصویر بکشد.

به عبارت ساده، زمانی است که خوشه‌های اتم در یک ماده به روش‌های خاصی در یک دوره معین حرکت کرده و می‌جنبند. این پدیده‌ای نیست که هنوز به طور کامل آن را درک کنیم، اما برای خواص و واکنش‌های مواد بسیار مهم است.

سیستم جدید سرعت شاتر فوق سریع، بینش بسیار بیشتری را در مورد آنچه که در مورد اختلال پویا اتفاق می‌افتد به ما می‌دهد. محققان از اختراع خود به عنوان شاتر تابع توزیع جفت اتمی متغیر یا به اختصار vsPDF یاد می‌کنند.

سیمون بیلینگه (Simon Billinge) دانشمند مواد از دانشگاه کلمبیا در نیویورک گفت: تنها با این ابزار جدید است که می‌توانیم واقعاً آن سوی مواد را ببینیم. با این تکنیک، ما می‌توانیم یک ماده را تماشا کنیم و ببینیم کدام اتم‌ها در جنبش هستند و کدام‌ها حرکت ندارند.

بیلینگه توضیح می‌دهد: سرعت شاتر بیشتر، عکس لحظه‌ای دقیق تری از زمان می‌گیرد که برای اجسامی مانند اتم‌هایی که به سرعت تکان می‌خورند و به سرعت در حال حرکت هستند، مفید است.

تکنیک شاتر تابع متغیر برای دستیابی به عکس سریع شگفت انگیز خود، به جای تکنیک‌های عکاسی مرسوم از نوترون‌ها برای اندازه گیری موقعیت اتم‌ها استفاده می‌کند. نحوه برخورد نوترون‌ها و عبور آن‌ها از یک ماده را می‌توان برای اندازه گیری اتم‌های اطراف، با تغییراتی در سطوح انرژی که معادل تنظیم سرعت شاتر است، ردیابی کرد.

این تغییرات در سرعت شاتر و همچنین سرعت شاتر یک تریلیونم یک ثانیه قابل توجه است: این تغییرات در تشخیص اختلال دینامیکی از اختلال استاتیکی مرتبط، حیاتی هستند.

بیلینگه می‌گوید: این موضوع روشی کاملاً جدید به ما می‌دهد تا پیچیدگی‌های آنچه را که در مواد می‌گذرد و جلوه‌های پنهانی که می‌تواند ویژگی‌های مواد را افزایش می‌دهد، درک کنیم.

در این مورد، محققان دوربین نوترونی خود را بر روی ماده‌ای به نام تلورید ژرمانیوم (GeTe) انتحان کردند که به دلیل ویژگی‌های خاص آن به طور گسترده برای تبدیل گرمای هدر رفته به برق یا الکتریسیته استفاده می‌شود.

دوربین نشان داد که GeTe به طور متوسط در تمام دما‌ها مانند یک کریستال ساختار یافته است. اما در دما‌های بالاتر، اختلال دینامیکی بیشتری را نشان می‌دهد، جایی که اتم‌ها حرکت را به انرژی حرارتی تبدیل می‌کنند که با شیبی مطابق با جهت قطبش الکتریکی خود به خودی ماده مطابقت دارد.

بیلینگه در خاتمه اضافه می‌کند: درک بهتر این ساختار‌های فیزیکی، دانش ما را در مورد نحوه عملکرد ترموالکتریک بهبود می‌بخشد و ما را قادر می‌سازد مواد و تجهیزات بهتری را مانند ابزار‌هایی که به مریخ نورد‌ها نیرو می‌دهند، توسعه دهیم.

شرح کامل این تحقیق در مجله تخصصی Nature Materials منتشر شده است.