Κάμερα με ταχύτητα κλείστρου μόλις ενός τρισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου καταγράφει το χάος σε δράση

Για να τραβήξεις μια φωτογραφία, οι καλύτερες ψηφιακές κάμερες στην αγορά ανοίγουν το κλείστρο τους για περίπου ένα τετραχιλιοστό του δευτερολέπτου. Αλλά για να καταγράψεις τη δραστηριότητα των ατόμων, χρειάζεσαι ένα κλείστρο που να “κάνει κλικ” πολύ πιο γρήγορα.

Οι επιστήμονες αποκάλυψαν έναν τρόπο να επιτύχουν ταχύτητα κλείστρου μόλις ενός τρισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου, ή 250 εκατομμύρια φορές πιο γρήγορη από τις ψηφιακές κάμερες. Αυτή η εκπληκτική ταχύτητα είναι ικανή να καταγράψει κάτι πολύ σημαντικό για την επιστήμη των υλικών: τη δυναμική αταξία ή το χάος σε δράση.

Με απλά, είναι όταν ομάδες ατόμων κινούνται και χορεύουν σε ένα υλικό με συγκεκριμένους τρόπους κατά τη διάρκεια μιας περιόδου – προκαλούμενες από δονήσεις ή αλλαγές στη θερμοκρασία. Δεν κατανοούμε πλήρως αυτό το φαινόμενο ακόμη, αλλά είναι κρίσιμο για τις ιδιότητες και τις αντιδράσεις των υλικών.

Το νέο σύστημα υπερταχύτητας κλείστρου, που αποκαλύφθηκε το 2023, μας δίνει πολύ περισσότερες πληροφορίες για τη δυναμική αταξία, το χάος σε δράση. Οι ερευνητές το αναφέρουν ως “τεχνική μεταβλητή ατομικής κατανομής ζευγαριών”, ή vsPDF.

Η ταχύτερη ταχύτητα κλείστρου καταγράφει μια πιο ακριβή στιγμή, κάτι που είναι χρήσιμο για γρήγορα κινούμενα αντικείμενα όπως τα άτομα που κινούνται ραγδαία. Για να επιτύχει την εκπληκτικά γρήγορη λήψη, η vsPDF χρησιμοποιεί νετρόνια για να μετρήσει τη θέση των ατόμων, αντί για συμβατικές τεχνικές φωτογραφίας.

Αυτές οι παραλλαγές στην ταχύτητα κλείστρου είναι σημαντικές, καθώς η ταχύτητα του τρισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου είναι ζωτικής σημασίας για να διακρίνουμε τη δυναμική αταξία (το χάος σε δράση) από την στατική αταξία – τη φυσιολογική κίνηση των ατόμων που δεν ενισχύει τη λειτουργία ενός υλικού.

Σε αυτή την περίπτωση, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν την κάμερα νετρονίων σε ένα υλικό που ονομάζεται γερμάνιο τελλουρίδιο (GeTe), το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως για να μετατρέπει την απορριπτόμενη θερμότητα σε ηλεκτρισμό ή τον ηλεκτρισμό σε ψύξη.

Η κάμερα αποκάλυψε ότι το GeTe παρέμεινε δομημένο ως κρύσταλλο σχεδόν σε όλες τις θερμοκρασίες. Ωστόσο, σε υψηλότερες θερμοκρασίες παρουσίασε περισσότερη δυναμική αταξία, όπου τα άτομα αντάλλαξαν κίνηση σε θερμική ενέργεια ακολουθώντας μια κλίση που ταιριάζει με την κατεύθυνση της αυθόρμητης ηλεκτρικής πόλωσης του υλικού.

Καλύτερη κατανόηση αυτών των φυσικών δομών βελτιώνει τη γνώση μας για το πώς λειτουργούν τα θερμοηλεκτρικά, επιτρέποντάς μας να αναπτύξουμε καλύτερα υλικά και εξοπλισμό – όπως τα όργανα που τροφοδοτούν τα Mars rovers όταν δεν είναι διαθέσιμο το ηλιακό φως.

Μέσω μοντέλων που βασίζονται στις παρατηρήσεις που καταγράφηκαν από τη νέα κάμερα, πέρα απλό το χάος σε δράση, η επιστημονική κατανόηση αυτών των υλικών και διαδικασιών μπορεί να βελτιωθεί. Ωστόσο, υπάρχει ακόμη πολλή δουλειά να γίνει για να είναι η vsPDF ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος δοκιμών.

Οι ερευνητές ανέφεραν στην εργασία τους ότι “προσδοκούμε ότι η τεχνική vsPDF που περιγράφεται εδώ θα γίνει ένα πρότυπο εργαλείο για την εναρμόνιση των τοπικών και μέσων δομών στα ενεργειακά υλικά”.