Οι καλύτερες ψηφιακές κάμερες της αγοράς διαθέτουν ταχύτητα κλείστρου 1/8.000 του δευτερολέπτου. Για να μπορέσουμε όμως να καταγράψουμε την ατομική δραστηριότητα, χρειαζόμαστε ένα κλείστρο πολύ, πολύ ταχύτερο από αυτό.
Ερευνητές λοιπόν κατάφεραν να πετύχουν μία ταχύτητα κλείστρου που αγγίζει το ένα τρισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου, 250 εκατομμύρια φορές δηλαδή ταχύτερο από την ταχύτερη ψηφιακή κάμερα. Έτσι, θα μπορέσουν να καταγράψουν την κίνηση των ατόμων σε ένα υλικό μέσα σε συγκεκριμένο χρονικό διάστημα, η οποία προκαλείται από κάποια δόνηση ή μία αλλαγή στη θερμοκρασία. Είναι ένα φαινόμενο που δεν καταλαβαίνουμε πλήρως ακόμα, αλλά παίζει σημαντικό ρόλο στις ιδιότητες των υλικών.
- Η εφεύρεση ονομάστηκε variable shutter atomic pair distribution function ή vsPDF για συντομία.
Μόνο με αυτό το νέο vsPDF εργαλείο μπορούμε να δούμε πραγματικά αυτήν την πλευρά των υλικών. Με αυτήν την τεχνική, θα μπορέσουμε να παρατηρήσουμε ένα υλικό για να διαπιστώσουμε ποια άτομα βρίσκονται στο “χορό” και ποια μένουν απ’ έξω. – Simon Billinge, Columbia University
Το εξαιρετικά ταχύ κλείστρο θα επιτρέψει την καταγραφή του χρόνου με μεγαλύτερη ακρίβεια, αποκαλύπτοντας την ακριβή θέση των κινούμενων ατόμων. Για να το πετύχει αυτό, το vsPDF χρησιμοποιεί νετρόνια για να μετρήσει τη θέση των ατόμων.
Ο τρόπος που τα νετρόνια χτυπούν και περνούν μέσα από ένα υλικό, μπορεί να μετρηθεί για να αποκαλύψει τη θέση των γύρω ατόμων, ενώ η ταχύτητα του κλείστρου μπορεί να τροποποιηθεί αυξομειώνοντας τα επίπεδα ενέργειας.
Μας δίνει έναν εντελώς νέο τρόπο να ξεδιπλώσουμε τις πολυπλοκότητες των συμβάντων μέσα σε περίπλοκα υλικά και να δούμε κρυφές επιπτώσεις που μπορούν να ενισχύσουν τις ιδιότητές τους.
Μελετώντας με την κάμερα νετρονίων το υλικό τελουρίδιο γερμανίου (GeTe), οι ερευνητές παρατήρησαν πως το υλικό παραμένει σε κρυσταλλική δομή σε όλες τις θερμοκρασίες. Αλλά σε υψηλότερες θερμοκρασίες, τα άτομα μετέτρεπαν την κίνηση σε θερμική ενέργεια που ταίριαζε με την κατεύθυνση της ηλεκτρικής πόλωσης του υλικού. Η καλύτερη κατανόηση των φυσικών δομών θα βελτιώσει τη γνώση μας για τη λειτουργία των θερμοηλεκτρικών, επιτρέποντάς μας να αναπτύξουμε καλύτερα υλικά και εξοπλισμό, όπως τα όργανα για διαστημικά σκάφη και rovers που ταξιδεύουν εκεί που δεν είναι διαθέσιμο το ηλιακό φως για να τα τροφοδοτήσει με ενέργεια.
Αναμένουμε πως η τεχνική vsPDF θα γίνει το εργαλείο επιλογής για την ανάλυση δομών κάθε ενεργειακού υλικού.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο Nature Materials.
