Các máy ảnh kỹ thuật số tốt nhất trên thị trường có tốc độ màn trập khoảng một phần tư nghìn giây, đủ để bắt lại những khoảnh khắc nhanh nhất của con người và thiên nhiên. Tuy vậy, tốc độ này vẫn chưa đủ nhanh để có thể ghi lại hoạt động của các nguyên tử.
Theo Science Alert, các nhà khoa học đã có thể tạo ra một máy ảnh có tốc độ màn trập 1 phần nghìn tỉ giây, nhanh hơn khoảng 250 triệu lần so với các máy ảnh kỹ thuật số hiện tại.
Tốc độ màn trập vượt trội này cho phép chiếc máy ảnh mới chụp được một khía cạnh quan trọng của khoa học vật liệu, được gọi là “rối loạn động”.
Rối loạn động là gì?
Rối loạn động diễn ra khi các cụm nguyên tử hoạt động và di chuyển trong vật liệu theo những cách nhất định trong một khoảng thời gian cụ thể.
Điều này có thể được kích hoạt bởi sự thay đổi nhiệt độ, sự rung động và nhiều lý do khác. Mặc dù còn nhiều điều mà các nhà khoa học chưa hiểu hết về dạng vận động này, nhưng hiểu biết về sự “rối loạn động” rất quan trọng và từ đó, có thể tìm ra lý do gây ra ảnh hưởng đến các tính chất và phản ứng của vật chất.
Theo Science Daily, hiểu về “rối loạn động” có thể cho phép con người tạo ra các thiết bị nhiệt điện có hiệu suất năng lượng cao hơn.
Bên cạnh đó, hiện tượng này cũng có thể được áp dụng để thu hồi năng lượng từ nhiệt thải, chẳng hạn như khí thải từ ôtô hoặc nhà máy điện, một cách tốt hơn.
Trước khi có công nghệ máy ảnh chụp nhanh mới, các nhà khoa học không thể phân biệt “rối loạn động” khỏi sự “rối loạn tĩnh”, vốn ít quan trọng hơn.
Máy ảnh siêu nhanh có khả năng chụp rối loạn động
Các nhà nghiên cứu của Đại học Columbia Engineering và Université de Bourgogne đã báo cáo rằng họ có thể tạo ra một chiếc máy ảnh mới có khả năng chụp ảnh sự “rối loạn động”, nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Materials.
Đặc điểm chính của máy ảnh này là tốc độ màn trập được thay đổi. Do sự chuyển động của các cụm nguyên tử, rối loạn động bị mờ khi các nhà nghiên cứu sử dụng màn trập chậm. Tuy nhiên, với tốc độ chụp “siêu nhanh”, họ có thể thấy rõ tình trạng rối loạn động.
Các nhà nghiên cứu đã gọi phương thức này là “PDF màn trập biến đổi” (vsPDF). Không giống như các máy ảnh thông thường, chiếc máy ảnh này sử dụng neutron có nguồn gốc từ ORNL (Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge) của Bộ Năng lượng Mỹ để đo vị trí của các nguyên tử với tốc độ màn trập cao.
Simon Billinge, giáo sư khoa học vật liệu, vật lý ứng dụng và toán học ứng dụng, nói rằng sử dụng công nghệ vsPDF là cách duy nhất để quan sát khía cạnh này của các loại vật liệu.
Công nghệ này cung cấp một cách để khám phá những điều phức tạp diễn ra trong các loại vật liệu hiện nay, giúp các nhà nghiên cứu có thể kiểm tra vật liệu và xác định chính xác cách nguyên tử động và tĩnh hoạt động.
Giúp xây dựng lý thuyết mới
Ngoài chụp ảnh sự “rối loạn động” ra, công nghệ vsPDF đã giúp các nhà nghiên cứu tìm ra sự đối xứng của các nguyên tử bị phá vỡ trong GeTe, một vật liệu nhiệt điện quan trọng giúp biến nhiệt thải thành điện năng.
Với những hiểu biết sâu sắc từ vsPDF, nhóm nghiên cứu đã có thể đưa ra một lý thuyết mới chứng minh cách các dao động cục bộ có thể hình thành trong GeTe và các vật liệu tương tự khác. Sự hiểu biết này sẽ cho phép các nhà nghiên cứu tìm ra các vật liệu khác có hiệu ứng tương tự.
