Найшвидша у світі камера сфотографувала хаос у дії — рух скупчення атомів

Науковці з Колумбійського університету у Нью-Йорку використали надшвидкісну камеру для фотографування того, що називається динамічним безладом — хаотичний рух атомів.

Ще у 2023 році науковці представили камеру зі швидкістю закриття затвору лише за трильйонну долю секунди, що у 250 млн разів швидше, ніж у традиційних цифрових камер, які для покращення фото відкривають затвор приблизно на одну чотиритисячну частку секунди. Це дає змогу надшвидкісній камері зробити фото хаотичного руху атомів у матеріалі під дією вібрації або зміни температури. Науковці поки не зовсім розуміють природу цього явища, однак вона важлива для визначення властивостей та реакцій різних матеріалів. Дослідники називають свій винахід функцією розподілу атомних пар зі змінним затвором, або скорочено vsPDF.

Висока швидкість відкриття-закриття затвору дає змогу робити надзвичайно чіткі знімки, що дуже ефективно під час зйомки рухомих об’єктів, таких як атоми, що дуже швидко коливаються. VsPDF використовує нейтрони для вимірювання положення атомів. Потрапляння нейтронів у матеріал і їхнє проходження крізь нього можна відслідковувати для вимірювання атомних структур. Зміни у рівнях енергії еквівалентні коригуванням витримки.

За допомогою камери науковці досліджували властивості телуриду германію, який за своїми властивостями широко використовується для перетворення надлишкового тепла в електрику, або електрики в охолодження.

Зроблені камерою знімки продемонстрували, що телурид германію переважно зберігає структуру кристалів під дією усіх температур. Однак за більш високих температур у цьому матеріалі спостерігається більш хаотичний рух атомів, а енергія їхнього руху перетворюється на тепло відповідно до градієнту, що співпадає з напрямом спонтанної електричної поляризації матеріалу. 

Використання цієї камери допоже науковцям краще розуміти термоелектричні властивості подібних матеріалів і на базі цього створювати прилади, наприклад, для живлення пристроїв за відсутності сонячного світла. Однак необхідно ще багато роботи, щоб зробити vsPDF готовим до широкого використання в якості методу тестування.

Результати дослідження опубліковані у журналі Nature

Джерело: ScienceAlert