Bilim insanları trilyonda bir saniye hızında kamera geliştirdi

Ultra hızlı teknoloji ile atomik dünyaya bakış

Günümüzün en gelişmiş dijital kameralar bir fotoğraf çekmek için deklanşörlerini yaklaşık dört binde bir saniye kadar açık tutarlar. Ancak atomik seviyedeki olayları kaydetmek için bundan çok daha hızlı bir sistem gerekir. İşte bu noktada bilim insanları 2023 yılında trilyonda bir saniye hızında çalışan bir deklanşör sisteminin nasıl geliştirilebileceğini ortaya koydular. Bu inanılmaz hız, malzeme biliminin en gizemli fenomenlerinden biri olan dinamik düzensizliği yakalamayı mümkün kılıyor.

Dinamik düzensizlik, basit bir tanımla, atom kümelerinin bir malzeme içinde belirli şekillerde ve belirli zaman dilimlerinde hareket etmesi ve dans etmesi anlamına gelir. Bu hareket genellikle titreşim veya sıcaklık değişimleri tarafından tetiklenir. Henüz tam olarak anlaşılmamış olan bu fenomen, malzemelerin özellikleri ve kimyasal reaksiyonları için kritik bir rol oynar. Araştırmacılar bu yeni sisteme değişken deklanşör atomik çift dağılım fonksiyonu anlamına gelen vsPDF adını vermişlerdir. Bu araç, malzemelerin bu yönünü gerçekten gözlemleyebilen ilk ve tek sistem olma özelliğini taşır.

Nötron kamerası ile yeni bir çağ başlıyor

Geleneksel fotoğrafçılık tekniklerinin aksine, vsPDF sistemi atomların konumunu ölçmek için nötronları kullanır. Nötronlar bir malzemeye çarptığında ve içinden geçtiğinde, çevredeki atomları ölçmek için izlenebilir hale gelir. Enerji seviyelerindeki değişiklikler, fotoğrafçılıkta deklanşör hızı ayarlamalarına eşdeğerdir. Bu yöntem, hızla titreşen atomlar gibi hızlı hareket eden nesneleri yakalamak için son derece etkilidir. Spor fotoğrafçılığında düşük deklanşör hızı kullanıldığında oyuncuların bulanık görünmesi gibi, atomik seviyede de benzer bir sorun vardır. Nötron kamerası bu sorunu çözerek, atomların gerçek zamanlı hareketini net bir şekilde kaydedebilir.

Columbia Üniversitesi'nden malzeme bilimci Simon Billinge, bu teknolojinin önemini şu sözlerle vurgular: Bu teknikle, bir malzemeyi izleyebilecek ve hangi atomların dansta olduğunu ve hangilerinin dışarıda oturduğunu görebileceğiz. Deklanşör hızındaki bu varyasyonlar, trilyonda bir saniye hızının yanı sıra önemlidir. Çünkü dinamik düzensizliği, statik düzensizlikten ayırt etmede hayati bir rol oynarlar. Statik düzensizlik, bir malzemenin işlevini geliştirmeyen atomların yerinde normal arka plan sallanması anlamına gelir. Dinamik düzensizlik ise malzemelerin özelliklerini doğrudan etkileyen ve değiştirebilen bir fenomendir.