Kamera triliunan detik menangkap kekacauan saat beraksi: ScienceAlert

Untuk mengambil gambar, kamera digital terbaik di pasaran membuka penutupnya sekitar seperseribu detik.

Untuk memotret aktivitas atom, Anda memerlukan rana yang berbunyi klik lebih cepat.

Dengan mengingat hal itu, para ilmuwan telah menemukan cara untuk mencapai kecepatan rana hanya sepersetriliun detik, atau 250 juta kali lebih cepat daripada kamera digital. Ini membuatnya mampu menangkap sesuatu yang sangat penting dalam ilmu material: turbulensi dinamis.

Sederhananya, itu terjadi ketika sekelompok atom dalam suatu materi bergerak dan menari dengan cara tertentu selama periode waktu tertentu – karena getaran atau perubahan suhu, misalnya. Ini bukan fenomena yang kami pahami sepenuhnya, tetapi ini penting untuk sifat dan interaksi material.

Sistem kecepatan rana ultra cepat yang baru, yang diluncurkan pada bulan Maret tahun ini, memberi kita lebih banyak wawasan tentang apa yang terjadi dengan turbulensi dinamis. Para peneliti menyebut penemuan mereka sebagai fungsi distribusi variabel pasangan atom rana, atau disingkat vsPDF.

“Hanya dengan alat vsPDF baru ini kami dapat benar-benar melihat sisi materi ini,” Dia berkata Ilmuwan material Simon Billinge dari Columbia University di New York.

“Dengan teknologi ini, kita akan dapat menonton materi dan melihat atom mana yang sedang menari dan mana yang diam.”

Kecepatan rana yang lebih cepat menangkap bidikan waktu yang lebih akurat, yang membantu objek bergerak cepat seperti atom yang bergetar cepat. Gunakan kecepatan rana rendah pada foto permainan olahraga, misalnya, dan Anda akan berakhir dengan pemain buram dalam bingkai.

Untuk mencapai snapshot yang luar biasa cepat, vsPDF menggunakan neutron untuk mengukur posisi atom, daripada teknik pencitraan tradisional. Cara neutron menyerang dan melewati materi dapat dilacak untuk mengukur atom di sekitarnya, dengan perubahan tingkat energi yang setara dengan penyesuaian kecepatan rana.

Perbedaan dalam kecepatan rana ini signifikan, selain sepersetriliun kecepatan rana kedua: mereka sangat penting dalam membedakan turbulensi dinamis dari turbulensi statis terkait dan lainnya—latar belakang alami yang bergetar di tempat atom yang tidak berpakaian. Meningkatkan fungsionalitas material.

“Ini memberi kita cara baru untuk mengurai kompleksitas dari apa yang terjadi pada material kompleks, dan pengaruh halus yang dapat menambah sifat mereka.” Dia berkata Faktur.

Dalam hal ini, para peneliti melatih kamera neutron mereka pada materi yang disebut Telurida germanium (GeTe), yang banyak digunakan karena sifatnya yang khusus untuk mengubah limbah panas menjadi listrik, atau listrik menjadi pendingin.

Kamera mengungkapkan bahwa GeTe tetap seperti kristal, di tengah-tengah, di semua suhu. Tetapi pada suhu yang lebih tinggi, itu menunjukkan gangguan yang lebih dinamis, karena atom bertukar gerak menjadi energi panas mengikuti gradien yang sesuai dengan arah polarisasi listrik spontan material.

Pemahaman yang lebih baik tentang struktur fisik ini meningkatkan pengetahuan kita tentang cara kerja termoelektrik, memungkinkan kita mengembangkan bahan dan peralatan yang lebih baik — seperti instrumen yang menggerakkan penjelajah Mars saat sinar matahari tidak tersedia.

Melalui model berdasarkan pengamatan yang ditangkap oleh kamera baru, pemahaman ilmiah tentang bahan dan proses ini dapat ditingkatkan. Namun, masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan untuk mempersiapkan vsPDF menjadi metode pengujian yang banyak digunakan.

“Kami berharap teknologi vsPDF yang dijelaskan di sini menjadi alat standar untuk merekonsiliasi struktur lokal dan menengah dalam bahan energi,” kata para peneliti. untuk menjelaskan di kertas mereka.

Riset dipublikasikan di bahan alam.

Versi sebelumnya dari artikel ini diterbitkan pada Maret 2023.