布鲁克海文国家实验室的科学家一直在使用跟踪原子轨迹的超高速高分辨率“相机”，帮助它们发现和开发可以像大脑神经元和突触一样容易地发送和处理信号的材料。

能源部(DOE)布鲁克海文国家实验室的物理学家YimeiZhu和他的合作者一直在使用独特的“频闪相机”收集的数据，捕捉原子运动的隐藏路线，因为这种材料在光脉冲后从绝缘体过渡到金属。

他们希望利用他们的发现来指导高速，节能神经形态设备的设计(这些设备在计算和工程中发现，旨在复制或模仿人脑的行为)。

您如何可视化超快原子运动?

在他们的实验中，科学家们用极短的光子脉冲(光粒子)触发了跃迁。接下来，他们使用布鲁克海文开发的兆电子伏特超快电子衍射(MeV-UED)仪器(“相机”)捕获了材料的原子尺度响应。

为了使事情更容易让你的头脑清醒，你可以把这个工具想象成类似于传统的相机，在黑暗的设置下，快门保持打开状态，如果该相机发射间歇性闪光灯来捕捉像运动中的抛出的球一样的东西。每次闪光灯，相机都会记录图像;在不同时间拍摄的一系列图像揭示了球在飞行中的轨迹。

MeV-UED“频闪仪”以类似的方式捕获运动物体的动力学，但时间尺度要快得多(短于万亿分之一秒)，长度尺度要小得多(小于十亿分之一毫米)。它使用高能电子来揭示原子的轨迹!

一些初步发现刚刚发表在《物理评论X》杂志的一篇论文中。。该论文的第一作者JunjieLi说：“我们的超快测量使我们能够看到原子如何移动-捕获短暂的瞬态(或'隐藏')状态-以帮助我们理解过渡的动力学。

在捕获了超过100，000个“镜头”之后，科学家们使用他们开发的复杂分析技术来细化几十个“电子衍射峰”的强度变化。

“我们的仪器使用加速器技术产生能量为3MeV的电子，这比较小的基于实验室的超快电子显微镜和衍射仪器高50倍，”科学家Zhu说。“更高的能量使我们能够跟踪以更宽角度散射的电子，这意味着能够以更高的精度在更小的距离'看到'原子的运动。