期刊導航
萬億分之一秒的相機捕捉運動中的混亂
為了拍照，市場上最好的數碼相機打開快門的時間約為千分之四秒。
要捕捉原子活動，您需要一個咔嗒聲更快的快門。
考慮到這一點，科學家們揭曉了在 2023一種實現僅萬億分之一秒的快門速度的方法，比這些數碼相機快 2.5 億倍。這使得它能夠捕捉到材料科學中非常重要的東西：動態無序。
觀看下面的視頻，了解他們的發現摘要：
簡而言之，它是當原子簇在一定時期內以特定方式在材料中移動和跳舞時——例如，由振動或溫度變化觸發。這還不是我們完全理解的現象，但它對材料的性質和反應至關重要。
超快門速度系統讓我們更深入地了解動態無序的情況。研究人員將他們的發明稱為“可變快門原子對分布函數”，簡稱 vsPDF。
“只有有了這個新的vsPDF工具，我們才能真正看到素材的這一面。”說來自紐約哥倫比亞大學的材料科學家西蒙·比林格。
“有了這種技術，我們將能夠觀察一種材料，看看哪些原子在舞蹈中，哪些原子在舞蹈中。”
更快的快門速度可以捕捉更精確的時間快照，這有助于快速移動的物體（如快速抖動的原子）。例如，在體育比賽的照片中使用低快門速度，您最終會在畫面中看到模糊的球員。
為了實現驚人的快速捕捉，vsPDF 使用中子來測量原子的位置，而不是傳統的攝影技術。可以跟蹤中子撞擊和穿過材料的方式來測量周圍的原子，能級的變化相當于快門速度的調整。
快門速度的這些變化以及萬億分之一秒的快門速度是顯著的：它們對于從相關但不同的靜態無序中挑選出動態無序至關重要——在原子的原點上正常背景抖動不會增強材料的功能。
“它為我們提供了一種全新的方法來解開復雜材料中發生的復雜性，隱藏的效應可以增強其特性，”說比林格。
在這種情況下，研究人員在一種名為碲化鍺（GeTe），由于其特殊的特性，被廣泛用于將廢熱轉化為電能或電能轉化為冷卻。
相機顯示 GeTe 的結構仍然是晶體，平均而言，在所有溫度下。但在較高溫度下，它表現出更多的動態無序，即原子按照與材料自發電極化方向相匹配的梯度將運動交換為熱能。
更好地了解這些物理結構可以提高我們對熱電工作原理的了解，使我們能夠開發更好的材料和設備，例如為供電的儀器火星在沒有陽光的情況下漫游者。
通過基于新相機捕獲的觀測結果的模型，可以提高對這些材料和工藝的科學理解。但是，要使 vsPDF 成為一種廣泛使用的測試方法，還有很多工作要做。
研究人員表示：“我們預計這里描述的 vsPDF 技術將成為協調能源材料中局部結構和平均結構的標準工具解釋在他們的論文中。
該研究發表在天然材料.
本文的早期版本于 2023 年 3 月發布。
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