Una nuova fotocamera con una velocità dell’otturatore di 1 trilionesimo di secondo

I materiali a energia cubica come i materiali ferroelettrici o i materiali perovskite ibridi sono spesso considerati altamente disordinati. In GeTe e nei relativi composti da IV a VI, si ritiene che questo fornisca la bassa conduttività termica necessaria per le applicazioni termoelettriche.

Poiché la cristallografia tradizionale non è in grado di distinguere tra disordine statico e moti atomici, i ricercatori della Columbia Engineering e dell’Università della Borgogna hanno sviluppato un nuovo tipo di “fotocamera” in grado di vedere il disordine locale.

La sua caratteristica sorprendente è la velocità dell’otturatore variabile. Poiché gli ammassi atomici disordinati si muovono, il disordine dinamico era nascosto quando il team ha usato un otturatore lento ma era visibile quando hanno usato un otturatore veloce. La nuova tecnologia, nota come otturatore PDF variabile o vsPDF (per la funzione di distribuzione della coppia atomica), differisce da una fotocamera convenzionale in quanto misura le posizioni atomiche con una velocità dell’otturatore di circa un picosecondo, o un milione (trilioni) di volte più veloce del normale . otturatori della fotocamera. Utilizza i neutroni provenienti da una fonte presso l’Oak Ridge National Laboratory (ORNL), una struttura del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.

Simon Pelling, professore di scienza dei materiali e fisica applicata e matematica, Egli ha dettoE “Solo con questo nuovo strumento vsPDF possiamo vedere questo lato dei materiali. Ci offre un modo completamente nuovo per districare le complessità di ciò che accade nei materiali complessi e le influenze nascoste che possono aumentarne le proprietà. Con questa tecnologia, lo faremo essere in grado di osservare un materiale e vedere quali atomi sono presenti nella danza e quali si trovano al di fuori di essa.

I ricercatori hanno identificato le simmetrie atomiche rotte in GeTe, un importante materiale termoelettrico, che converte il calore disperso in energia, utilizzando la tecnologia vsPDF (o Electricity to Cooling). Lo spostamento, i cambiamenti dinamici e la velocità con cui fluttua non erano mai stati visti prima.

Il team ha creato una nuova ipotesi che spiega come tali fluttuazioni locali in GeTe e materiali correlati potrebbero emergere come risultato delle scoperte di vsPDF. I ricercatori possono trovare nuovi materiali con queste proprietà e applicare fattori esterni per influenzare il risultato, creando materiali migliori con una comprensione meccanicistica della danza.

Il passo successivo consiste nel rendere il suo metodo accessibile alla comunità di ricerca e applicarlo ad altri sistemi dinamicamente disordinati. Al momento questa tecnologia non è pronta per l’uso ma con ulteriori sviluppi dovrebbe diventare uno standard più standardizzato.

Riferimento rivista:

1. Kimber, SAJ, Zhang, J., Liang, CH, et al. La cristallografia dinamica rivela l’anisotropia spontanea nel GeTe cubico. nat. piovoso. 22, 311-315 (2023). DOI: 10.1038/s41563-023-01483-7