كاميرا تبلغ سرعتها تريليون في الثانية تلتقط الفوضى أثناء الحركة ScienceAlert

لالتقاط صورة، تفتح أفضل الكاميرات الرقمية المتوفرة في السوق مصراعها لحوالي جزء من أربعة آلاف من الثانية.

لالتقاط النشاط الذري، ستحتاج إلى مصراع ينقر بسرعة أكبر.

ومع أخذ ذلك في الاعتبار، كشف العلماء في عام 2023 طريقة لتحقيق سرعة غالق تبلغ مجرد جزء من تريليون من الثانية، أو 250 مليون مرة أسرع من تلك الكاميرات الرقمية. وهذا يجعلها قادرة على التقاط شيء مهم جدًا في علم المواد: الاضطراب الديناميكي.

شاهد الفيديو أدناه للحصول على ملخص لما وجدوه:

ببساطة، يحدث ذلك عندما تتحرك مجموعات من الذرات وتتراقص في مادة ما بطرق محددة خلال فترة معينة – بسبب الاهتزاز أو تغير درجة الحرارة، على سبيل المثال. إنها ليست ظاهرة لم نفهمها بالكامل بعد، ولكنها مهمة لخصائص المواد وتفاعلاتها.

متعلق ب: هوذا! أكبر كاميرا في العالم تلتقط ملايين المجرات في الصور الأولى

يمنحنا نظام سرعة الغالق فائق السرعة رؤية أكثر بكثير لما يحدث مع الاضطراب الديناميكي. ويشير الباحثون إلى اختراعهم باسم “وظيفة توزيع الزوج الذري المتغير”، أو اختصارًا vsPDF.

“فقط باستخدام أداة vsPDF الجديدة هذه يمكننا رؤية هذا الجانب من المواد.” قال عالم المواد سيمون بيلينج من جامعة كولومبيا في نيويورك.

“باستخدام هذه التقنية، سنكون قادرين على مشاهدة المادة ومعرفة أي الذرات ترقص وأيها تجلس خارجًا.”

تلتقط سرعة الغالق الأسرع لقطة أكثر دقة للوقت، وهو أمر مفيد لتحريك الكائنات بسرعة مثل الذرات المرتجفة بسرعة. استخدم سرعة غالق منخفضة في صورة مباراة رياضية، على سبيل المثال، وسينتهي بك الأمر مع لاعبين غير واضحين في الإطار.

لتحقيق التقاط سريع ومذهل، يستخدم vsPDF النيوترونات لقياس موضع الذرات، بدلاً من تقنيات التصوير التقليدية. يمكن تتبع الطريقة التي تضرب بها النيوترونات المادة وتمر عبرها لقياس الذرات المحيطة، مع تغيرات في مستويات الطاقة تعادل تعديلات سرعة الغالق.

تعتبر هذه الاختلافات في سرعة الغالق كبيرة، بالإضافة إلى سرعة الغالق التي تبلغ تريليون جزء من الثانية: فهي حيوية في انتقاء الاضطراب الديناميكي من الاضطراب الساكن ذي الصلة ولكن المختلف – الخلفية الطبيعية التي تهتز في موقع الذرات التي لا تعزز وظيفة المادة.

“إنه يمنحنا طريقة جديدة تمامًا لكشف تعقيدات ما يحدث في المواد المعقدة، والتأثيرات الخفية التي يمكن أن تزيد من خصائصها.” قال بيلينج.

في هذه الحالة، قام الباحثون بتدريب الكاميرا النيوترونية على مادة تسمى تلوريد الجرمانيوم (GeTe)، والذي، بسبب خصائصه الخاصة، يستخدم على نطاق واسع لتحويل الحرارة المهدرة إلى كهرباء أو الكهرباء إلى تبريد.

كشفت الكاميرا أن GeTe ظل منظمًا كالبلور، في المتوسط، في جميع درجات الحرارة. ولكن عند درجات الحرارة المرتفعة، أظهرت اضطرابًا ديناميكيًا أكثر، حيث تبادلت الذرات الحركة إلى طاقة حرارية بعد تدرج يطابق اتجاه الاستقطاب الكهربائي التلقائي للمادة.

إن الفهم الأفضل لهذه الهياكل الفيزيائية يحسن معرفتنا بكيفية عمل الكهرباء الحرارية، مما يمكننا من تطوير مواد ومعدات أفضل – مثل الأدوات التي تعمل بالطاقة المريخ روفرز عندما لا يتوفر ضوء الشمس.

ومن خلال النماذج المستندة إلى الملاحظات التي التقطتها الكاميرا الجديدة، يمكن تحسين الفهم العلمي لهذه المواد والعمليات. ومع ذلك، لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به لجعل vsPDF جاهزًا ليكون طريقة اختبار مستخدمة على نطاق واسع.

“نتوقع أن تصبح تقنية vsPDF الموصوفة هنا أداة قياسية للتوفيق بين الهياكل المحلية والمتوسطة في مواد الطاقة”، كما يقول الباحثون. وأوضح في ورقتهم.

وقد نشر البحث في مواد الطبيعة.

نُشرت نسخة سابقة من هذه المقالة في مارس 2023.