Aparat, który potrafi uchwycić chaos

Migawka to część obiektywu, która kontroluje ilość światła dostającą się do środka. Najnowsze aparaty cyfrowe dostępne na rynku zazwyczaj dysponują migawką, która otwiera się na około jedną czwartą tysięczną sekundy, co pozwala w tym czasie na dotarcie światłu do matrycy, a tym samym na rejestrację obrazu. Naukowcy z Columbia Engineering i University of Bourgogne stworzyli system pozwalający na skrócenie czasu otwarcia migawki do jednej bilionowej sekundy, czyli o 250 milionów razy szybciej niż są w stanie osiągnąć aparaty cyfrowe obecnie dostępne na rynku.

Szybkość wzrosła do tego stopnia, że można będzie zaobserwować na zdjęciach skupiska atomów. Nowa superszybka migawka ma pomóc naukowcom badać struktury, takie jak dynamiczne turbulencje atomów, czyli ruch atomów w materiale w określony sposób przez określony czas, do którego dochodzi w wyniku zmiany temperatury bądź wibracji.

Przy dłuższym czasie otwarcia migawki ta struktura jest widoczna, ale niewyraźnie. Dzięki skróconemu czasowi migania uzyskujemy wyostrzony obraz struktury. Jest to analogiczne do prób uchwycenia zawodników w trakcie gry, gdy dysponujemy aparatem z długim okresem naświetlania, uzyskamy rozmazane zdjęcie. Tak samo w przypadku atomów, szybszy czas zamykania migawki powoduje dokładniejsze ujęcie. Ważne jest to w przypadku szybko poruszających się lub drgających obiektów jak na przykład atomy.

Ten nowy typ urządzenia wykorzystuje neutrony do tego, aby uzyskać superszybkie pstryknięcie. Śledzenie sposobu, w jaki neutrony uderzają i przechodzą przez materiał, dostarcza informacji na temat otaczających atomów. Zmiany poziomów energii odpowiadają regulacji czasu otwarcia migawki. Te minimalne różnice w czasie są istotne ze względu na to, że pomagają odróżnić nieład dynamiczny, który nas interesuje, od pokrewnego nieładu statycznego, które występuje normalnie i nie ma wpływu na poprawę funkcji materiału. Może to doprowadzić do projektowania bardziej energooszczędnych urządzeń.

Wiedza na temat tych struktur fizycznych i wiedzy na temat termoelektryki pomoże w udoskonaleniu materiałów i sprzętów, na przykład używanych w łazikach marsjańskich. Lepsze zrozumienie naukowe tych materiałów to lepszy sprzęt w przyszłości. Gdy łazik nie ma dostępu do słońca, wtedy uruchamia się system, który pozwala mu przekształcać ciepło z radioaktywnego plutonu w energię elektryczną. Głębsze zrozumienie tych procesów na poziomie atomowym pozwoli na ciągłe jego doskonalenie.

Przewidujemy, że opisana tutaj technika vsPDF stanie się standardowym narzędziem do uzgadniania lokalnych i średnich struktur w materiałach energetycznych.

---