万亿分之一秒的快门速度相机捕捉行动中的混乱：

要拍照，市场上最好的数码相机打开快门的时间约为千分之四分之一秒。

要拍摄原子活动，您需要一个经常点击的快门

现在，科学家们想出了一种方法，可以实现仅万亿分之一秒的快门速度，比那些数码相机快 2.5 亿倍。这使得它能够捕捉到材料科学中非常重要的东西：动态无序。

简而言之，它是指原子团在特定时期内以特定方式在材料中移动和跳舞 – 由振动触发或温度变化，例如。这不是一种我们尚未完全理解的现象，但它对材料的特性和反应至关重要。

新的超高速快门速度系统让我们更深入地了解动态无序的情况。研究人员将他们的发明称为可变快门原子对分布乐趣ction，简称 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，”纽约哥伦比亚大学的材料科学家 Simon Billinge 说。

“通过这项技术，我们将能够观察一种材料，看看哪些原子在跳舞，哪些原子在跳舞。”

更快的快门速度可以捕捉更精确的时间快照，这有助于快速移动的物体，如快速抖动的原子。例如，在体育比赛的照片中使用低快门速度，您最终会在画面中看到模糊的球员。

插图显示了较慢（左）和较快（右）快门速度下 GeTE 的原子结构。（Jill Hemman/ORNL，美国能源部）

实现其惊人的快速snap，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来测量周围的原子，能量水平的变化相当于快门速度的调整。

快门速度的这些变化以及万亿分之一秒的快门速度非常重要：它们对于从相关但不同的静态障碍中挑选出动态障碍至关重要 – 正常背景在抖动不会增强材料功能的原子点。

“它为我们提供了一种全新的方法来解开复杂材料中正在发生的事情的复杂性，以及可以增强其性能的隐藏效应，” Billinge 说。

在这种情况下，研究研究人员在一种称为碲化锗 (GeTe) 的材料上训练了他们的中子相机，由于其特殊的特性，这种材料被广泛用于将废热转化为电能，或将电能转化为冷却。

相机显示 GeTe 的结构仍然为平均而言，在所有温度下的晶体。但在更高的温度下，它表现出更多的动态无序，其中原子按照与材料的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学原理的了解工作，使我们能够开发更好的材料和设备——例如在没有阳光的情况下为火星探测器提供动力的仪器。

通过基于新相机拍摄的观察结果的模型，对这些材料的科学理解和流程可以改进。然而，要让 vsPDF 成为一种广泛使用的方法，还有很多工作要做od 的测试。

“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，”研究人员在他们发表的论文中写道。

该研究已发表在 Nature Materials 上。