Прорыв в мире визуализации материи
Группа учёных разработала уникальную камеру, способную фиксировать движение атомов с затворной скоростью в одну триллионную долю секунды. Это приблизительно в 250 миллионов раз быстрее, чем у стандартных цифровых камер. Новый метод позволяет впервые увидеть так называемое динамическое беспорядочное движение — хаотичные колебания атомов, возникающие в материалах под воздействием температуры, вибраций или других внешних факторов.
Как это работает: методика vsPDF
Технология получила название vsPDF (variable shutter pair distribution function) — переменная функция распределения пар атомов с временным разрешением. В её основе лежит нейтронное рассеяние — метод, позволяющий определять положение атомов в материале без разрушения структуры.
В отличие от рентгеновской кристаллографии, которая показывает статическое расположение атомов, vsPDF фиксирует:
- временные сдвиги в атомной решётке;
- колебательные движения и искажения;
- различия между термическим и структурным беспорядком.
Это позволяет отличать, какие изменения в материале носят временный характер, а какие являются частью его стабильной структуры.
До сих пор науке было сложно отличить «статический беспорядок» — то есть хаос, заложенный в структуру материала, — от того, который возникает в процессе работы устройства или под действием внешних факторов.
Теперь с помощью vsPDF учёные могут:
- лучше понимать тепловые и механические свойства материалов;
- прогнозировать, как вещество будет вести себя в реальных условиях;
- разрабатывать новые сплавы, компоненты и покрытия с учётом их поведения на микроскопическом уровне.
Пример применения: теллурид германия
Один из первых протестированных материалов — теллурид германия (GeTe), который используется в термоэлектрических устройствах. Эти приборы преобразуют тепловую энергию в электричество, и поведение атомов внутри них критически влияет на эффективность работы.
vsPDF показала, как изменяется атомная структура GeTe при нагреве, позволяя исследователям лучше понять его термическую стабильность.
Публикация и перспективы
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Materials. Учёные утверждают, что технология может найти применение в:
- материаловедении;
- нанотехнологиях;
- энергетике;
- физике твёрдого тела.
Вывод
Камера с затвором в триллионную долю секунды открывает окно в ранее недоступный микромир. Теперь учёные могут не просто «видеть» структуру материи, но и наблюдать, как она меняется во времени. Это открытие способно изменить подход к проектированию материалов будущего.