万亿分之一秒的相机捕捉运动中的混乱

为了拍照，市场上最好的数码相机打开快门的时间约为千分之四秒。

要捕捉原子活动，您需要一个咔嗒声更快的快门。

考虑到这一点，科学家们揭晓了在 2023一种实现仅万亿分之一秒的快门速度的方法，比这些数码相机快 2.5 亿倍。这使得它能够捕捉到材料科学中非常重要的东西：动态无序。

观看下面的视频，了解他们的发现摘要：

简而言之，它是当原子簇在一定时期内以特定方式在材料中移动和跳舞时——例如，由振动或温度变化触发。这还不是我们完全理解的现象，但它对材料的性质和反应至关重要。

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超快门速度系统让我们更深入地了解动态无序的情况。研究人员将他们的发明称为“可变快门原子对分布函数”，简称 vsPDF。

“只有有了这个新的vsPDF工具，我们才能真正看到素材的这一面。”说来自纽约哥伦比亚大学的材料科学家西蒙·比林格。

“有了这种技术，我们将能够观察一种材料，看看哪些原子在舞蹈中，哪些原子在舞蹈中。”

更快的快门速度可以捕捉更精确的时间快照，这有助于快速移动的物体（如快速抖动的原子）。例如，在体育比赛的照片中使用低快门速度，您最终会在画面中看到模糊的球员。

为了实现惊人的快速捕捉，vsPDF 使用中子来测量原子的位置，而不是传统的摄影技术。可以跟踪中子撞击和穿过材料的方式来测量周围的原子，能级的变化相当于快门速度的调整。

快门速度的这些变化以及万亿分之一秒的快门速度是显着的：它们对于从相关但不同的静态无序中挑选出动态无序至关重要——在原子的原点上正常背景抖动不会增强材料的功能。

“它为我们提供了一种全新的方法来解开复杂材料中发生的复杂性，隐藏的效应可以增强其特性，”说比林格。

在这种情况下，研究人员在一种名为碲化锗（GeTe），由于其特殊的特性，被广泛用于将废热转化为电能或电能转化为冷却。

相机显示 GeTe 的结构仍然是晶体，平均而言，在所有温度下。但在较高温度下，它表现出更多的动态无序，即原子按照与材料自发电极化方向相匹配的梯度将运动交换为热能。

更好地了解这些物理结构可以提高我们对热电工作原理的了解，使我们能够开发更好的材料和设备，例如为供电的仪器火星在没有阳光的情况下漫游者。

通过基于新相机捕获的观测结果的模型，可以提高对这些材料和工艺的科学理解。但是，要使 vsPDF 成为一种广泛使用的测试方法，还有很多工作要做。

研究人员表示：“我们预计这里描述的 vsPDF 技术将成为协调能源材料中局部结构和平均结构的标准工具解释在他们的论文中。

该研究发表在天然材料.

本文的早期版本于 2023 年 3 月发布。

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