为了拍摄一张照片，市场上最好的数码相机的快门时间约为四千分之一秒。
要拍摄原子活动的快照，您需要一个速度更快的快门。
考虑到这一点，科学家们已经发现了一种实现快门速度的方法，该速度仅为万亿分之一秒，比那些数码相机快 2.5 亿倍。这使得它能够捕捉材料科学中非常重要的一点：动态无序。
简单来说，原子簇在材料中以特定方式在一定时间内移动和舞动 —— 例如由振动或温度变化引发。这种现象我们尚未完全理解，但它对材料的性质和反应至关重要。
2023 年发布的新型超高速快门系统让我们能够更深入地了解动态无序的发生情况。研究人员将他们的发明称为可变快门原子对分布函数，简称为 vsPDF。
“只有使用这个新的 vsPDF 工具，我们才能真正看到材料的这一面，”说纽约哥伦比亚大学材料科学家西蒙·比林格（Simon Billinge）。
“利用这种技术，我们将能够观察一种材料，看看哪些原子在跳舞，哪些原子在外面。”
更快的快门速度可以捕捉更精确的时间快照，这对于快速移动的物体（如快速抖动的原子）很有帮助。例如，在体育比赛照片中使用较低的快门速度，最终画面中的运动员会变得模糊。
为了实现惊人的快速拍摄，vsPDF 使用中子来测量原子的位置，而不是传统的摄影技术。可以跟踪中子撞击和穿过材料的方式，以测量周围的原子，能量水平的变化相当于快门速度的调整。
快门速度的变化非常重要，万亿分之一秒的快门速度也是如此：它们对于从相关但不同的静态混乱中识别出动态混乱至关重要——自然背景在不会增强材料功能的原子点上抖动。
“它为我们提供了一种全新的方法来解开复合材料的复杂性，以及可以增强其性能的隐藏效应。”说比林吉。
在这种情况下，研究人员将中子相机对准了一种名为碲化锗（GeTe），由于其特殊的性质，被广泛用于将废热转化为电能，或将电能转化为冷却能。
相机显示 GeTe 仍保持晶体结构，一般，在所有温度下都是如此。但在较高温度下，它表现出更多的动态无序性，原子按照与材料自发电极化方向相匹配的梯度将运动转换为热能。
更好地理解这些物理结构可以提高我们对热电工作原理的认识，使我们能够开发更好的材料和设备——例如为热电发电提供动力的仪器。在没有阳光的情况下探测车。
通过基于新相机捕捉到的观察结果的模型，可以提高对这些材料和过程的科学理解。然而，要使 vsPDF 成为一种广泛使用的测试方法，还有大量工作要做。
研究人员表示：“我们预计，这里描述的 vsPDF 技术将成为协调能源材料中局部和平均结构的标准工具。”解释在他们的论文中。
该研究发表于自然材料。
本文的早期版本于 2023 年 3 月发布。
