Kaosu Yakalayan Yeni Nötron Kameralar
Fotoğraf çekmek için piyasadaki en iyi dijital kameralar, deklanşörlerini saniyenin yaklaşık dört binde biri kadar açarlar.
Atomik aktivitenin anlık görüntüsünü almak için çok daha hızlı tıklayan bir deklanşöre ihtiyacınız vardır.
Şimdi bilim insanları, saniyenin sadece trilyonda biri kadar, yani dijital kameralardan 250 milyon kat daha hızlı bir deklanşör hızı elde etmenin bir yolunu buldular. Bu da onu malzeme biliminde çok önemli bir şeyi yakalayabilecek hale getiriyor: dinamik düzensizlik.
Dinamik düzensizlik, atom kümelerinin bir malzeme içinde belirli bir süre boyunca belirli şekillerde hareket etmesi ve dans etmesidir. Bu durum, bir titreşim veya sıcaklık değişikliği ile tetiklenir. Bu henüz tam olarak anladığımız bir olgu değil ancak malzemelerin özellikleri ve reaksiyonları için çok önemli.
Yeni süper hızlı deklanşör hızı sistemi, dinamik düzensizlikte neler olup bittiğine dair bize çok daha fazla fikir veriyor. Araştırmacılar buluşlarını değişken enstantane atomik çift dağılım fonksiyonu ya da kısaca vsPDF olarak adlandırıyorlar.
New York’taki Columbia Üniversitesinden malzeme bilimci Simon Billinge, “Sadece bu yeni vsPDF aracıyla malzemelerin bu yönünü gerçekten görebiliyoruz.” diyor.
“Bu teknik sayesinde bir malzemeyi izleyebilecek ve hangi atomların dans ettiğini ve hangilerinin dışarıda kaldığını görebileceğiz.”
Daha hızlı bir deklanşör hızı, zamanın daha kesin bir anlık görüntüsünü yakalar; bu da hızla titreyen atomlar gibi hızla hareket eden nesneler için yararlıdır. Örneğin bir spor karşılaşmasının fotoğrafında düşük bir enstantane hızı kullanırsanız, karede bulanık oyuncularla karşılaşırsınız.
Atomik Görüntüler
GeTE’nin (germanyum tellür) atomik yapısını daha yavaş (solda) ve daha hızlı (sağda) deklanşör hızlarında gösteren çizim.
vsPDF, şaşırtıcı derecede hızlı çekim yapabilmek için geleneksel fotoğrafçılık teknikleri yerine atomların konumunu ölçmek üzere nötronları kullanıyor. Nötronların bir malzemeye çarpma ve içinden geçme şekli, enerji seviyelerindeki değişiklikler; deklanşör hızı ayarlamalarına eşdeğer olacak şekilde, çevredeki atomları ölçmek için takip edilebilir.
Deklanşör hızındaki bu değişimler, saniyenin trilyonda biri deklanşör hızı kadar önemlidir: dinamik düzensizliği, ilgili ancak farklı statik düzensizlikten -bir malzemenin işlevini artırmayan atomların yerinde sallanan normal arka plan- ayırt etmede hayati önem taşırlar.
Billinge, “Bu bize karmaşık malzemelerde neler olup bittiğinin karmaşıklığını, özelliklerini güçlendirebilecek gizli etkileri çözmek için yepyeni bir yol sunuyor.” diyor.
Bu durumda araştırmacılar nötron kameralarını, germanyum tellür (GeTe) adı verilen ve kendine has özellikleri nedeniyle atık ısıyı elektriğe veya elektriği soğutmaya dönüştürmek için yaygın olarak kullanılan bir malzeme üzerinde çalıştırdılar.
Kamera, GeTe’nin tüm sıcaklıklarda ortalama olarak bir kristal olarak yapılandırılmış kaldığını ortaya çıkardı. Ancak daha yüksek sıcaklıklarda, atomların malzemenin kendiliğinden elektrik polarizasyonunun yönüyle eşleşen bir gradyanı izleyerek hareketi termal enerjiye dönüştürdüğü daha dinamik bir düzensizlik sergiledi.
Bu fiziksel yapıların daha iyi anlaşılması, termoelektriklerin nasıl çalıştığına dair bilgilerimizi geliştirerek, güneş ışığı olmadığında Mars gezginlerine güç sağlayan aletler gibi daha iyi malzemeler ve ekipmanlar geliştirmemizi sağlar.
Yeni kamera tarafından yakalanan gözlemlere dayanan modeller sayesinde, bu malzemelerin ve süreçlerin bilimsel anlayışı geliştirilebilir. Bununla birlikte, vsPDF’yi yaygın olarak kullanılan bir test yöntemi olmaya hazır hale getirmek için hala yapılması gereken çok iş var.
Araştırmacılar yayınladıkları makalede, “Burada açıklanan vsPDF tekniğinin, enerji malzemelerindeki yerel ve ortalama yapıları uzlaştırmak için standart bir araç haline geleceğini tahmin ediyoruz.” diye yazıyor.
Araştırma Nature Materials dergisinde yayımlandı.
Kaynak: https://www.sciencealert.com
Derleyen: Simge Kara