Scattare una foto: la rivoluzione delle fotocamere digitali
Le migliori fotocamere digitali sul mercato aprono il loro otturatore per circa un quattromillesimo di secondo. Tuttavia, per catturare l’attività atomica, è necessario un otturatore che scatti molto più velocemente. Con questo in mente, nel 2023, gli scienziati hanno svelato un metodo per ottenere una velocità dell’otturatore di appena un trilionesimo di secondo, ovvero 250 milioni di volte più veloce rispetto a quelle delle fotocamere digitali. Questa innovazione è fondamentale per catturare un fenomeno importante nella scienza dei materiali: il disordine dinamico.
Comprendere il disordine dinamico
Il disordine dinamico si verifica quando gruppi di atomi si muovono e danzano all’interno di un materiale in modi specifici per un certo periodo, innescati da una vibrazione o da un cambiamento di temperatura, ad esempio. Sebbene non sia ancora un fenomeno completamente compreso, è cruciale per le proprietà e le reazioni dei materiali. Il sistema di velocità dell’otturatore super-veloce offre una visione molto più approfondita di ciò che accade con il disordine dinamico.
La tecnologia vsPDF: una nuova prospettiva sui materiali
Gli scienziati si riferiscono alla loro invenzione come funzione di distribuzione delle coppie atomiche a otturatore variabile, o vsPDF. “È solo con questo nuovo strumento vsPDF che possiamo davvero vedere questo aspetto dei materiali”, ha affermato Simon Billinge, scienziato dei materiali della Columbia University di New York. “Con questa tecnica, saremo in grado di osservare un materiale e vedere quali atomi partecipano alla danza e quali no”.
Neutroni al posto della fotografia convenzionale
Per ottenere il suo scatto incredibilmente rapido, vsPDF utilizza neutroni per misurare la posizione degli atomi, piuttosto che tecniche fotografiche convenzionali. Il modo in cui i neutroni colpiscono e attraversano un materiale può essere tracciato per misurare gli atomi circostanti, con variazioni nei livelli di energia equivalenti a regolazioni della velocità dell’otturatore.
Distinguere tra disordine dinamico e statico
Queste variazioni nella velocità dell’otturatore sono significative, così come la velocità dell’otturatore di un trilionesimo di secondo: sono vitali per distinguere il disordine dinamico dal disordine statico correlato ma diverso, il normale movimento di fondo degli atomi che non migliora la funzione di un materiale. “Ci offre un modo completamente nuovo per districare le complessità di ciò che accade nei materiali complessi, effetti nascosti che possono potenziare le loro proprietà”, ha detto Billinge.
Il caso del germanio telluride (GeTe)
In questo caso, i ricercatori hanno puntato la loro “fotocamera a neutroni” su un materiale chiamato germanio telluride (GeTe), che, grazie alle sue particolari proprietà, è ampiamente utilizzato per convertire il calore di scarto in elettricità o l’elettricità in raffreddamento. La fotocamera ha rivelato che GeTe rimane strutturato come un cristallo, in media, a tutte le temperature. Tuttavia, a temperature più elevate, ha mostrato un maggiore disordine dinamico, dove gli atomi scambiavano movimento in energia termica seguendo un gradiente che corrisponde alla direzione del materiale.
Fonte: Science Alert
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