Naučnici su razvili kameru sa neverovatno brzom ekspozicijom, koja u trilionitom delu sekunde otkriva kretanje atoma i haotične promene u materijalima
Brzina zatvarača najboljih digitalnih fotoaparata današnjice iznosi oko četiri hiljadita dela sekunde. Međutim, da bi se „uhvatilo“ kretanje atoma, potreban je zatvarač koji radi nezamislivo brže. Tim naučnika sa Univerziteta Kolumbija predstavio je 2023. revolucionarnu tehniku snimanja sa ekspozicijom od svega trilionitog dela sekunde, čak 250 miliona puta bržu od moderne kamere. Ovaj sistem otvara potpuno novi pogled na ključni fenomen u nauci o materijalima: dinamički nered.
Dinamički nered predstavlja trenutke kada se grupe atoma u materijalu „nervozno“ pomeraju i međusobno deluju, bilo zbog vibracija ili promene temperature. Ove mikrofluktuacije utiču na električna, toplotna i mehanička svojstva materijala, ali su do sada bile gotovo nemoguće za direktno posmatranje.
Nova vsPDF tehnologija snima kako „plešu atomi“ u realnom vremenu
Nova metoda, nazvana vsPDF (variable shutter atomic pair distribution function), koristi neutrone umesto svetlosti. Umesto optičkog objektiva, naučnici mere kako neutroni prolaze kroz materijal i reaguju sa atomima, beležeći njihove pozicije sa neverovatnom preciznošću. Promene u energetskim nivoima neutrona funkcionišu kao svojevrsna kontrola brzine zatvarača, omogućavajući istraživačima da razlikuju dinamički nered od statističkog: statičnog „treskanja“ atoma koji ne utiče na ponašanje materijala.
Fizičar Sajmon Biling iz Kolumbije objašnjava da je tek sa ovom tehnologijom moguće „videti koji atomi plešu, a koji miruju“. U demonstraciji, tim je proučavao germanijum teluride (GeTe), poznat po svojoj sposobnosti da pretvara toplotu u električnu energiju. Kamera je otkrila da materijal zadržava kristalnu strukturu čak i pri visokim temperaturama, ali da tada pokazuje pojačani dinamički nered, u skladu sa pravcem njegove električne polarizacije.
Ovakva zapažanja pomažu u razumevanju termolelektričnih efekata, što može dovesti do razvoja efikasnijih uređaja za pretvaranje toplote u električnu energiju, poput sistema koji napajaju rovere na Marsu kada nema Sunčeve svetlosti.
Iako je tehnologija još u fazi razvoja, naučnici veruju da će vsPDF uskoro postati standardni alat u proučavanju energetskih materijala, omogućavajući da se „vidi“ nevidljiva dinamika koja oblikuje budućnost nauke o materijalima, piše Science Alert.
