Fotoğraf çekmek için piyasadaki en iyi dijital kameralar deklanşörlerini saniyenin yaklaşık dört binde biri kadar açıyor. Atom aktivitesini yakalamak için ise çok daha hızlı çalışan bir deklanşöre ihtiyacınız var.

Bilim insanları 2023 yılında saniyenin yalnızca trilyonda biri kadar, yani dijital kameralardan 250 milyon kat daha hızlı bir deklanşör hızına ulaşmanın bir yolunu keşfettiler. Bu, malzeme biliminde çok önemli bir şeyi, yani dinamik düzensizliği yakalama yeteneğine sahip olmasını sağlıyor.

Trilyonda Biri Kadar Kısa Anlar

Basitçe söylemek gerekirse, atom kümelerinin belirli bir süre boyunca bir malzemede belirli şekillerde hareket edip dans etmesi; örneğin bir titreşim veya sıcaklık değişimiyle tetiklenmekte. Henüz tam olarak kavrayamadığımız bir olgu olsa da, malzemelerin özellikleri ve tepkimeleri için hayati önem taşıyor.

Süper hızlı deklanşör hızı sistemi, dinamik düzensizlikte neler olup bittiğine dair bize çok daha fazla bilgi veriyor. Araştırmacılar, buluşlarına ‘değişken deklanşör atom çifti dağılım fonksiyonu’ veya kısaca vsPDF adını veriyor.

New York’taki Columbia Üniversitesi’nden malzeme bilimci Simon Billinge, “Malzemelerin bu yönünü gerçekten görebilmemizi sağlayan tek şey bu yeni vsPDF aracı. Bu teknikle, bir malzemeyi izleyip hangi atomların dans ettiğini, hangilerinin dans etmediğini görebileceğiz.” diyor.

Daha hızlı bir deklanşör hızı, zamanın daha hassas bir anlık görüntüsünü yakalıyor ve bu da hızla titreşen atomlar gibi hızlı hareket eden nesneler için faydalı. Örneğin, bir spor müsabakasının fotoğrafında düşük bir deklanşör hızı kullanırsanız, karede bulanık oyuncular görürsünüz.

vsPDF, şaşırtıcı derecede hızlı bir anlık görüntü elde etmek için, geleneksel fotoğrafçılık teknikleri yerine atomların konumunu ölçmek için nötronları kullanılıyor. Nötronların bir malzemeye çarpma ve içinden geçme şekli, çevredeki atomları ölçmek için izlenebilir ve enerji seviyelerindeki değişimler, enstantane hızı ayarlamalarına eşdeğer.

Enstantane hızındaki bu değişimler, saniyenin trilyonda biri kadar önemli: Dinamik düzensizliği, ilgili ancak farklı statik düzensizlikten -bir malzemenin işlevini artırmayan atomların bulunduğu yerdeki normal arka plan titreşimlerinden- ayırt etmede hayati önem taşırlar.

Billinge, “Bu bize, karmaşık malzemelerde olup bitenlerin karmaşıklığını ve özelliklerini güçlendirebilen gizli etkileri çözmenin yepyeni bir yolunu sunuyor.” diyor.

Bu durumda, araştırmacılar nötron kameralarını, kendine özgü özellikleri nedeniyle atık ısıyı elektriğe veya elektriği soğutmaya dönüştürmek için yaygın olarak kullanılan germanyum tellür (GeTe) adlı bir malzemeye odakladılar.

Kamera, GeTe’nin ortalama olarak tüm sıcaklıklarda bir kristal olarak yapılandırılmış kaldığını ortaya koydu. Ancak daha yüksek sıcaklıklarda, atomların, malzemenin kendiliğinden elektriksel polarizasyon yönüyle eşleşen bir gradyanı izleyerek termal enerjiye dönüştüğü daha dinamik bir düzensizlik sergiledi.

Bu fiziksel yapıları daha iyi anlamak, termoelektriğin nasıl çalıştığına dair bilgimizi geliştirerek, güneş ışığı olmadığında Mars keşif araçlarına güç veren cihazlar gibi daha iyi malzemeler ve ekipmanlar geliştirmemizi sağladı.

Yeni kameranın yakaladığı gözlemlere dayanan modeller sayesinde, bu malzemeler ve süreçler hakkındaki bilimsel anlayış geliştirilebilir. Ancak, vsPDF’nin yaygın olarak kullanılan bir test yöntemi haline gelmesi için hâlâ yapılacak çok iş var.

Araştırmacılar makalelerinde, “Burada anlatılan vsPDF tekniğinin, enerji malzemelerinde yerel ve ortalama yapıları uzlaştırmak için standart bir araç haline geleceğini öngörüyoruz” açıklamasını yaptılar.

Derleyen: Damla Şayan