1000000000000秒的快门速度可以让“相机”看到通过原子紊乱

研究人员来理解,表现最好的材料在可持续能源的应用程序中,如将太阳能或废热发电,经常使用的集体波动集群的原子在一个更大的结构。这个过程通常被称为“动态障碍。”

动态障碍

理解动态障碍材料可能导致更节能的热电装置,如固态冰箱和热泵,也为了更好地从废热回收有用的能量,比如汽车尾气和发电站排出,把它直接转换成电能。热电装置能够把热量从放射性钚和把它转换成电力“勇气号”火星探测器,当没有足够的阳光。

当材料函数内部操作设备,他们能表现得好像他们还活着和跳舞,部分材料的响应和惊人的变化和意想不到的方式。这种动态障碍很难研究,因为集群不仅是如此之小,无序,但他们也波动。此外,还有“无聊”non-fluctuating障碍在材料研究人员不感兴趣,因为障碍不提高属性。直到现在,它已经不可能看到有关动态障碍不那么相关静态背景的障碍。

新“相机”约1皮秒的快门速度之快令人难以置信

哥伦比亚大学工程和研究人员德勃艮地报告说,他们已经开发出一种新型的“相机”,可以看到当地的障碍。它的关键特性是一个变量的快门速度:由于无序原子簇正,当团队使用慢速快门,动态障碍模糊,但是当他们使用高速快门,他们可以看到它。新方法,他们称之为变量快门PDF或vsPDF(原子对分布函数),工作不像传统相机,它使用中子从源在美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)测量原子的位置在皮秒的快门速度,或一百万(一万亿)倍正常的相机快门。2023年2月20日,该研究发表,由自然材料。

“只有有了这个新的vsPDF工具,我们可以真正看到这边的材料,”Simon Billinge说教授材料科学与应用物理学和应用数学。“这给了我们一个全新的方法来解开的复杂性在复杂的材料,隐藏的效果,能够对它们的属性。用这项技术,我们就能看材料,看哪个原子是在跳舞,坐在出来。”

新理论对稳定当地的波动和余热转化为电能

vsPDF工具使研究人员能够在GeTe找到原子对称性被打破,一个重要的热电材料将余热转换为电能(或电力冷却)。他们没有之前能够看到流离失所,或显示动态波动和速度波动。从vsPDF的洞察力,团队开发了一个新的理论,表明了这种地方波动可以形成GeTe和相关材料。这种机械的理解舞蹈将帮助研究人员寻找新材料与这些影响和应用外部力量影响效应,导致更好的材料。

研究小组

Simon金柏Billlinge副主管这项工作的大学是在法国勃艮地的时候学习。ORNL Billinge和金柏共事的同事,阿贡国家实验室(退火),也由美国能源部资助。非弹性中子散射ORNL vsPDF相机进行了测量;该理论是在退火。

下一个步骤

Billinge现在工作更容易地使用他的技术为研究社区并将它应用到其他系统与动态障碍。目前,这项技术不是交钥匙,但进一步发展,它应该成为一个更标准的测量,可以用于很多材料系统原子动力学是非常重要的,通过观察锂电池电极研究动态过程中移动在水分解与阳光。

参考:金柏SAJ,张J,梁CH, et al。动态结晶学揭示在立方GeTe自发的各向异性。Nat板牙。2023;22 (3):311 - 315。doi:10.1038 / s41563 - 023 - 01483 - 7

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