Lai uzņemtu attēlu, labākās tirgū esošās digitālās kameras atver savu aizvaru apmēram uz vienu sekundes četrtūkstošdaļu.
Lai fotografētu atomu darbību, jums būs nepieciešams aizvars, kas noklikšķina ātrāk.
Paturot to prātā, zinātnieki ir atklājuši veidu, kā sasniegt slēdža ātrumu tikai sekundes triljonajā daļā jeb 250 miljonus reižu ātrāk nekā digitālajām kamerām. Tas viņam ļauj uztvert kaut ko ļoti svarīgu materiālu zinātnē: dinamisku turbulenci.
Vienkārši sakot, tas notiek, ja atomu grupas materiālā noteiktā laika periodā kustas un dejo noteiktos veidos, piemēram, vibrācijas vai temperatūras izmaiņu dēļ. Tā vēl nav parādība, ko mēs pilnībā saprotam, taču tā ir svarīga materiālu īpašībām un mijiedarbībai.
Jaunā īpaši ātrā slēdža ātruma sistēma, kas tika prezentēta šī gada martā, sniedz mums vēl plašāku ieskatu par to, kas notiek ar dinamisko turbulenci. Pētnieki savu izgudrojumu dēvē par slēdža atomu pāra mainīgā sadalījuma funkciju vai saīsināti vsPDF.
“Tikai ar šo jauno vsPDF rīku mēs patiešām varam redzēt šo materiāla pusi,” Viņš teica Materiālu zinātnieks Saimons Bilings no Kolumbijas universitātes Ņujorkā.
“Izmantojot šo tehnoloģiju, mēs varēsim skatīties materiālu un redzēt, kuri atomi ir dejā un kuri atrodas ārā.”
Ātrāks slēdža ātrums ļauj uzņemt precīzāku laika attēlu, kas palīdz ātri kustīgiem objektiem, piemēram, strauji vibrējošiem atomiem. Piemēram, sporta spēļu fotoattēlā izmantojiet mazu aizvara ātrumu, un kadrā tiks parādīti izplūduši spēlētāji.
Lai iegūtu pārsteidzoši ātru momentuzņēmumu, vsPDF izmanto neitronus, lai izmērītu atomu stāvokli, nevis tradicionālās attēlveidošanas metodes. To, kā neitroni ietriecas un iziet cauri matērijai, var izsekot, lai izmērītu apkārtējos atomus, un enerģijas līmeņu izmaiņas ir līdzvērtīgas slēdža ātruma pielāgošanai.
Šīs slēdža ātruma atšķirības ir ievērojamas papildus otrās slēdža ātruma triljonajai daļai: tās ir ļoti svarīgas, lai atšķirtu dinamisko turbulenci no saistītās un atšķirīgas statiskās turbulences — dabiskā fona, kas vibrē izģērbtu atomu vietā. Uzlabojiet materiāla funkcionalitāti.
“Tas dod mums pilnīgi jaunu veidu, kā atšķetināt sarežģītību, kas notiek sarežģītos materiālos, un smalkās ietekmes, kas var uzlabot to īpašības.” Viņš teica Rēķini.
Šajā gadījumā pētnieki apmācīja savu neitronu kameru uz materiāla, ko sauc Germānija telurīds (GeTe), ko plaši izmanto tā īpašo īpašību dēļ, lai siltumenerģiju pārvērstu elektrībā vai elektrību dzesēšanā.
Kamera atklāja, ka GeTe joprojām ir kristālisks, vidū, visās temperatūrās. Tomēr augstākā temperatūrā tas uzrādīja dinamiskākus traucējumus, jo atomi mainīja kustību siltumenerģijā pēc gradienta, kas atbilst materiāla spontānās elektriskās polarizācijas virzienam.
Labāka izpratne par šīm fiziskajām struktūrām uzlabo mūsu zināšanas par to, kā darbojas termoelektriķi, ļaujot mums izstrādāt labākus materiālus un aprīkojumu, piemēram, instrumentus, kas darbina Marsa roverus, kad saules gaisma nav pieejama.
Izmantojot modeļus, kuru pamatā ir jaunās kameras novērojumi, var uzlabot zinātnisko izpratni par šiem materiāliem un procesiem. Tomēr vēl ir daudz darāmā, lai sagatavotu vsPDF kā plaši izmantotu testēšanas metodi.
“Mēs sagaidām, ka šeit aprakstītā vsPDF tehnoloģija kļūs par standarta rīku vietējo un starpposma struktūru saskaņošanai enerģijas materiālos,” sacīja pētnieki. izskaidrot savā dokumentā.
Pētījums, kas publicēts dabas materiāli.
Šī raksta iepriekšējā versija tika publicēta 2023. gada martā.
