Trilionésimo de segundo câmera de velocidade do obturador captura o caos em ação: WebCuriosos
Para tirar uma foto, as melhores câmeras digitais do mercado abrem o obturador por cerca de um quatro milésimos de segundo.
Para capturar a atividade atômica, você precisaria de um obturador que clicasse muito mais rápido.
Com isso em mente, os cientistas revelaram uma forma de atingir uma velocidade de obturador que é apenas um trilionésimo de segundo, ou 250 milhões de vezes mais rápida do que as câmeras digitais. Isso o torna capaz de capturar algo muito importante na ciência dos materiais: a desordem dinâmica.
Simplificando, é quando aglomerados de átomos se movem e dançam em um material de maneiras específicas durante um determinado período – desencadeados por uma vibração ou mudança de temperatura, por exemplo. Ainda não é um fenômeno que compreendemos totalmente, mas é crucial para as propriedades e reações dos materiais.
O novo sistema de velocidade do obturador super-rápido, revelado em 2023, nos dá muito mais informações sobre o que está acontecendo com a desordem dinâmica. Os pesquisadores estão se referindo à sua invenção como função de distribuição de par atômico de obturador variável, ou vsPDF, para abreviar.
“É somente com esta nova ferramenta vsPDF que podemos realmente ver este lado dos materiais”, disse o cientista de materiais Simon Billinge, da Universidade de Columbia, em Nova York.
“Com esta técnica, poderemos observar um material e ver quais átomos estão na dança e quais estão de fora.”
Uma velocidade de obturador mais rápida captura um instantâneo mais preciso do tempo, o que é útil para objetos em movimento rápido, como átomos que se movem rapidamente. Use uma velocidade baixa do obturador em uma foto de um jogo de esportes, por exemplo, e você acabará com jogadores desfocados no quadro.
Para obter seu instantâneo surpreendentemente rápido, o vsPDF usa nêutrons para medir a posição dos átomos, em vez de técnicas convencionais de fotografia. A maneira como os nêutrons atingem e passam através de um material pode ser rastreada para medir os átomos circundantes, com mudanças nos níveis de energia equivalentes a ajustes na velocidade do obturador.
Essas variações na velocidade do obturador são significativas, assim como a velocidade do obturador de um trilionésimo de segundo: elas são vitais para distinguir a desordem dinâmica da desordem estática relacionada, mas diferente – o fundo normal balançando no local dos átomos que não se movem. não melhora a função de um material.
“Isso nos dá uma maneira totalmente nova de desvendar as complexidades do que está acontecendo em materiais complexos, efeitos ocultos que podem potencializar suas propriedades”, disse Faturamento.
Neste caso, os pesquisadores direcionaram sua câmera de nêutrons para um material chamado telureto de germânio (GeTe), que devido às suas propriedades específicas é amplamente utilizado para converter calor residual em eletricidade ou eletricidade em refrigeração.
A câmera revelou que GeTe permaneceu estruturado como um cristal, em média, em todas as temperaturas. Mas a temperaturas mais elevadas apresentava uma desordem mais dinâmica, onde os átomos trocavam movimento em energia térmica seguindo um gradiente que corresponde à direção da polarização elétrica espontânea do material.
Uma melhor compreensão destas estruturas físicas melhora o nosso conhecimento de como funciona a termoelétrica, permitindo-nos desenvolver melhores materiais e equipamentos – como os instrumentos que alimentam os rovers de Marte quando a luz solar não está disponível.
Através de modelos baseados em observações capturadas pela nova câmera, a compreensão científica desses materiais e processos pode ser melhorada. No entanto, ainda há muito trabalho a ser feito para preparar o vsPDF para ser um método de teste amplamente utilizado.
“Prevemos que a técnica vsPDF descrita aqui se tornará uma ferramenta padrão para reconciliar estruturas locais e médias em materiais energéticos”, disseram os pesquisadores. explicado em seu jornal.
A pesquisa foi publicada em Materiais da Natureza.
Uma versão anterior deste artigo foi publicada em março de 2023.
