Para tirar uma foto, as melhores câmeras digitais do mercado abrem o obturador por cerca de um quarto milésimo de segundo.
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Para fotografar a atividade atômica, você precisaria de um obturador que clique muito mais rápido.
Com isso em mente, os cientistas revelaram uma maneira de atingir uma velocidade de obturador que é apenas um trilionésimo de segundo, ou 250 milhões de vezes mais rápido do que as câmeras digitais. Isso o torna capaz de capturar algo muito importante na ciência dos materiais: a desordem dinâmica.
Simplificando, é quando aglomerados de átomos se movem e dançam em um material de maneiras específicas durante um determinado período – desencadeados por uma vibração ou mudança de temperatura, por exemplo. Ainda não é um fenômeno que entendemos completamente, mas é crucial para as propriedades e reações dos materiais.
O novo sistema de velocidade do obturador super-rápido, revelado em março deste ano, nos dá muito mais informações sobre o que está acontecendo com a desordem dinâmica. Os pesquisadores estão se referindo à sua invenção como função de distribuição de pares atômicos de obturador variável, ou vsPDF para abreviar.
“É apenas com esta nova ferramenta vsPDF que podemos realmente ver este lado dos materiais”, disse o cientista de materiais Simon Billinge, da Universidade de Columbia, em Nova York.
“Com esta técnica, poderemos observar um material e ver quais átomos estão na dança e quais estão parados.”
Uma velocidade mais rápida do obturador captura um instantâneo mais preciso do tempo, o que é útil para objetos em movimento rápido, como átomos que tremem rapidamente. Use uma velocidade baixa do obturador em uma foto de um jogo de esportes, por exemplo, e você acabará com jogadores desfocados no quadro.
Para atingir seu encaixe incrivelmente rápido, o vsPDF usa nêutrons para medir a posição dos átomos, em vez de técnicas convencionais de fotografia. A maneira como os nêutrons atingem e passam por um material pode ser rastreada para medir os átomos circundantes, com mudanças nos níveis de energia equivalentes aos ajustes da velocidade do obturador.
Essas variações na velocidade do obturador são significativas, assim como a velocidade do obturador de um trilionésimo de segundo: elas são vitais para distinguir a desordem dinâmica da desordem estática relacionada, mas diferente – o fundo normal balançando no local de átomos que não melhoram a função de um material.
“Isso nos dá uma maneira totalmente nova de desvendar as complexidades do que está acontecendo em materiais complexos, efeitos ocultos que podem sobrecarregar suas propriedades”, disse Billinge.
Nesse caso, os pesquisadores apontaram sua câmera de nêutrons para um material chamado telureto de germânio (GeTe), que por causa de suas propriedades particulares é amplamente utilizado para converter calor residual em eletricidade ou eletricidade em resfriamento.
A câmera revelou que o GeTe permaneceu estruturado como um cristal, em média, em todas as temperaturas. Mas em temperaturas mais altas, exibiu mais desordem dinâmica, onde os átomos trocaram movimento em energia térmica seguindo um gradiente que corresponde à direção da polarização elétrica espontânea do material.
Entender melhor essas estruturas físicas melhora nosso conhecimento de como a termoelétrica funciona, permitindo-nos desenvolver melhores materiais e equipamentos – como os instrumentos que alimentam os rovers de Marte quando a luz solar não está disponível.
Por meio de modelos baseados em observações captadas pela nova câmera, o entendimento científico desses materiais e processos pode ser aprimorado. No entanto, ainda há muito trabalho a fazer para preparar o vsPDF para ser um método de teste amplamente utilizado.
“Prevemos que a técnica vsPDF descrita aqui se tornará uma ferramenta padrão para reconciliar estruturas locais e médias em materiais energéticos”, explicaram os pesquisadores em seu artigo.
Traduzido por Mateus Lynniker de ScienceAlert
