پخش زنده
امروز: -
افزایش سرعت شاتر دوربین به یک تریلیونم ثانیه (پیکو ثانیه) محققان را قادر میسازد تا بفهمند مواد چگونه گرما را به اطراف منتقل میکنند.
به گزارش خبرگزاری صدا و سیما؛ محققان در حال درک این موضوع هستند که عملکرد بهینه مواد در کاربردهای انرژی پایدار، مانند تبدیل نور خورشید یا گرمای هدر رفته به الکتریسیته، اغلب از نوسانات جمعی خوشههای اتم در ساختار بسیار بزرگتری استفاده میکنند. این فرآیند اغلب به عنوان "بی نظمی دینامیکی" نامیده میشود.
درک بی نظمی دینامیکی در مواد میتواند منجر به ساخت دستگاههای ترموالکتریک مانند یخچالهای حالت جامد و پمپهای حرارتی با انرژی کارآمدتر شود. همچنین به بازیابی بهتر انرژی از گرمای هدر رفته، در بخشهایی مانند اگزوز خودرو و اگزوز نیروگاهها، با تبدیل مستقیم آنها کمک میکند. علاوه بر این، یک دستگاه ترموالکتریک میتواند گرما را از پلوتونیوم رادیواکتیو بگیرد و آن را به الکتریسیته تبدیل کند تا انرژی مریخ نورد را در زمانی که نور خورشید کافی وجود ندارد تامین کند.
هنگامی که مواد در داخل یک دستگاه در حال کار فعال هستند، میتوانند طوری رفتار کنند که گویی زنده هستند. به طوری که بخشهایی از مواد به روشهای شگفت انگیز و غیرمنتظرهای واکنش نشان میدهند و تغییر میکنند. مطالعه این بی نظمی دینامیکی دشوار است، زیرا خوشهها نه تنها بسیار کوچک و نامنظم هستند، بلکه در زمان نیز نوسان میکنند. علاوه بر این، بی نظمی غیر نوسانی نیز در مواد وجود دارد که محققان به آن علاقهای ندارند، زیرا این بی نظمی خواص را بهبود نمیبخشد. تا کنون محققان در مشاهده بی نظمی دینامیکی مرتبط موفق نبوده اند.
محققان دانشگاه کلمبیا و دانشگاه بورگوین اعلام کردند؛ نوع جدیدی از دوربین را ساخته اند که میتواند بینظمی موضعی را ببیند. ویژگی کلیدی آن سرعت شاتر متغیر است. چون خوشههای اتمی نامنظم در حال حرکت هستند، وقتی تیم از شاتر آهسته استفاده میکرد، اختلال دینامیکی محو میشد، اما وقتی از شاتر با سرعت یک تریلیونم ثانیه استفاده میکردند، میتوانستند آن را ببینند. روش جدید، که آنها آن را PDF شاتر متغیر یا vsPDF (برای تابع توزیع جفت اتمی) مینامند، مانند یک دوربین معمولی کار نمیکند. این دوربین از نوترونها که آنها را از ایالات متحده و از آزمایشگاه ملی OakRidge (ORNL) وزارت انرژی تهیه میکنند برای اندازهگیری موقعیتهای اتمی با سرعت شاتر حدود یک پیکوثانیه یا یک میلیون میلیون (یک تریلیون) بار سریعتر از شاترهای معمولی دوربین استفاده میکند.
یکی از محققان این طرح گفت: تنها با این ابزار جدید (vsPDF) است که میتوانیم واقعاً این بعد از مواد را ببینیم. این یک راه کاملاً جدید برای دیدن پیچیدگیهای مواد پیشرفته است. با این تکنیک، ما میتوانیم یک ماده را تماشا کنیم و ببینیم کدام اتمها در رقص هستند.
بنا بر اعلام وبگاه نیچر، ابزار vsPDF محققان را قادر ساخت تا تقارنهای اتمی شکسته شده در GeTe را پیدا کنند، مادهای مهم برای ترموالکتریسیته که گرمای هدر رفته را به الکتریسیته تبدیل میکند. آنها قبلاً قادر به دیدن جابجاییها یا نشان دادن نوسانات دینامیکی و سرعت نوسان آنها نبودند. در نتیجه بینشهای vsPDF، تیم تئوری جدیدی ایجاد کرد که نشان میدهد چگونه چنین نوسانات محلی میتوانند در GeTe و مواد مرتبط شکل بگیرند. چنین درک مکانیکی از حرکت به محققان کمک میکند تا به دنبال مواد جدید با این اثرات باشند و نیروهای خارجی را برای تأثیرگذاری بر نتیجه اعمال کنند که منجر به مواد بهتر میشود.