Científicos han ideado la forma de alcanzar una velocidad de obturación capaz de captar el desorden dinámico de las partículas o dicho de otra forma, el caos en plena acción. Ahora los investigadores pueden admirar la belleza del desorden creado por las partículas colisionando todo el tiempo a escala cuántica.
Para tomar una fotografía, las cámaras convencionales apenas si logran abrir sus obturadores alrededor de unas cuatro milésimas de segundo. Pero con estos valores apenas alcanza para capturar el mundo habitual al que nuestros están acostumbrados, para fotografiar el mundo cuántico de las partículas se necesita un obturador que opere a una velocidad vertiginosa.
Desde luego que esto trae sus propios desafíos, pero los físicos han logrado idear una forma para alcanzar una velocidad de obturación suficiente como para desvelar el caos en plena acción. El científico de materiales Simon Billinge de la Universidad de Columbia, en Nueva York, junto a su equipo de investigación, han creado un nuevo sistema de obturación ultraveloz, que es unas 250 millones de veces más rápido que el de una cámara digital o lo que es igual a una trillonésima de segundo.
El caos en acción
Nombrado como Función de distribución de par atómico de obturador variable (vsPDF), la tecnología utiliza neutrones para medir la posición de los átomos. De esta forma Billinge y su equipo, han podido rastrear la forma en que los neutrones golpean y pasan a través de un material para medir los átomos circundantes. El resultado es la captación del desorden dinámico producido por las partículas que a cada momento se encuentran vibrando en el mundo cuántico.
“Con esta técnica, podremos observar un material y ver qué átomos están en el baile y cuáles no”, dice Billinge. “Nos brinda una forma completamente nueva de desentrañar las complejidades de lo que sucede en los materiales complejos, los efectos ocultos que pueden potenciar sus propiedades”.
El equipo de investigadores apuntaron su cámara cuántica en un material conocido como telururo de germanio (GeTe), el cual tiene la propiedad de convertir el calor residual en electricidad. El vsPDF reveló que el material permanece estructurado como un cristal a todas las temperaturas, pero a temperaturas más altas mostró un desorden de partículas más dinámico donde los átomos intercambian movimiento en energía térmica. Los autores describen que la energía térmica sigue un gradiente coincidente con la dirección de polarización eléctrica espontánea del material.
La captación del caos de partículas en materiales, ayuda en gran medida a comprender las estructuras físicas de la tecnología desarrollada por el hombre. Áreas como la termoeléctrica, que ha permitido crear dispositivos como los rovers que actualmente exploran Marte, se ven beneficiadas con este tipo de investigaciones y así, ampliar cada vez más los límites hasta donde es capaz de llegar la ciencia.
“Anticipamos que la técnica vsPDF descrita aquí se convertirá en una herramienta estándar para conciliar estructuras locales y promedio en materiales energéticos”, escriben los investigadores en su artículo publicado.
Referencias: Kimber, S.A.J., Zhang, J., Liang, C.H. et al. Dynamic crystallography reveals spontaneous anisotropy in cubic GeTe. Nat. Mater. 22, 311–315 (2023). DOI
