Ученые из Колумбийского университета в Нью-Йорке использовали сверхскоростную камеру для фотографирования того, что называется динамическим беспорядком — хаотичное движение атомов.
Еще в 2023 году ученые представили камеру со скоростью закрытия затвора всего за триллионную долю секунды, что в 250 млн раз быстрее, чем у традиционных цифровых камер, которые для улучшения фото открывают затвор примерно на одну четырехтысячную долю секунды. Это позволяет сверхскоростной камере сделать фото хаотического движения атомов в материале под действием вибрации или изменения температуры. Ученые пока не совсем понимают природу этого явления, однако она важна для определения свойств и реакций различных материалов. Исследователи называют свое изобретение функцией распределения атомных пар с переменным затвором, или сокращенно vsPDF.
Только с помощью этого нового инструмента vsPDF мы можем по-настоящему увидеть эту сторону материалов. Благодаря этой технике мы сможем наблюдать за материалом и видеть, какие атомы участвуют в этом хаотическом движении, а какие остаются в стороне», — объясняет материаловед из Колумбийского университета Саймон Биллиндж.
Высокая скорость открытия-закрытия затвора позволяет делать чрезвычайно четкие снимки, что очень эффективно при съемке движущихся объектов, таких как атомы, которые очень быстро колеблются. VsPDF использует нейтроны для измерения положения атомов. Попадание нейтронов в материал и их прохождение сквозь него можно отслеживать для измерения атомных структур. Изменения в уровнях энергии эквивалентны корректировкам выдержки.
С помощью камеры ученые исследовали свойства теллурида германия, который по своим свойствам широко используется для преобразования избыточного тепла в электричество, или электричества в охлаждение.
Сделанные камерой снимки продемонстрировали, что теллурид германия преимущественно сохраняет структуру кристаллов под действием всех температур. Однако при более высоких температурах в этом материале наблюдается более хаотичное движение атомов, а энергия их движения превращается в тепло в соответствии с градиентом, совпадающим с направлением спонтанной электрической поляризации материала.
Использование этой камеры поможет ученым лучше понимать термоэлектрические свойства подобных материалов и на базе этого создавать приборы, например, для питания устройств при отсутствии солнечного света. Однако необходимо еще много работы, чтобы сделать vsPDF готовым к широкому использованию в качестве метода тестирования.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature
Источник: ScienceAlert
Сообщить об опечатке
Текст, который будет отправлен нашим редакторам: