万亿秒相机捕捉行动中的混乱：ScienceAlert

为了拍照，市场上最好的数码相机打开快门大约千分之四秒。

要拍摄原子活动，您需要快门速度更快的快门。

考虑到这一点，科学家们揭示了一种方法，可以将快门速度实现仅为万亿分之一秒，即比数码相机快 2.5 亿倍。 这使他能够捕捉到材料科学中非常重要的东西：动态湍流。

简而言之，当材料中的原子团在一定时间内以某种方式移动和跳舞时，例如由于振动或温度变化，就会发生这种情况。 这不是我们完全理解的现象，但它对材料的性能和相互作用很重要。

今年三月推出的全新超快快门系统让我们能够更深入地了解动态湍流的情况。 研究人员将他们的发明称为快门原子对变量分布函数，简称 vsPDF。

“只有使用这个新的 vsPDF 工具，我们才能真正看到材料的这一面，” 他说 纽约哥伦比亚大学的材料科学家西蒙·比林奇 (Simon Billinge)。

“有了这项技术，我们将能够观察材料，看看哪些原子在跳舞，哪些原子在外面。”

更快的快门速度可以捕捉更准确的时间镜头，这有助于快速移动的物体，例如快速振动的原子。 例如，在体育比赛照片上使用低快门速度，最终画面中的球员会变得模糊。

为了实现惊人的快速快照，vsPDF 使用中子来测量原子的位置，而不是传统的成像技术。 可以跟踪中子撞击和穿过物质的方式来测量周围的原子，能量水平的变化相当于快门速度的调整。

除了万亿分之一秒的快门速度之外，快门速度的这些差异也很重要：它们对于从相关和不同的静态湍流（在未加工的原子上振动的自然背景）中识别出动态湍流至关重要。 增强材料的功能性。

“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，以及可以放大其特性的隐藏影响。” 他说 发票。

在这种情况下，研究人员将中子相机训练在一种称为 碲化锗 （GeTe），由于其将废热转化为电能或将电能转化为冷却的特殊性能而被广泛使用。

相机显示 GeTe 仍保持晶体状， 在中间， 在所有温度下。 然而，在较高温度下，它表现出更多的动态无序，因为原子遵循与材料自发电极化方向相匹配的梯度将运动交换为热能。

对这些物理结构的更好理解可以提高我们对热电工作原理的了解，使我们能够开发出更好的材料和设备，例如在没有阳光的情况下为火星漫游车提供动力的仪器。

通过基于新相机捕获的观察结果的模型，可以提高对这些材料和工艺的科学理解。 然而，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和中间结构的标准工具。” 解释 在他们的论文中。

研究发表于 自然材料。

本文的先前版本于 2023 年 3 月发布。