كيف تتبادل الذرات أماكنها عند الانتقال من العازل إلى المعدن
تخيّل أنك تصوّر بكاميرا راقصين يتبادلون أماكنهم في رقصة سريعة جدًا. في ثاني أكسيد الفاناديوم، تتبادل ذرات الفاناديوم والأكسجين مواقعها عند الانتقال من الحالة العازلة إلى المعدنية. يحدث هذا التحول في أجزاء من تريليون من الثانية، وحتى الآن لم يرَ أحد المسار الدقيق للذرات.
استخدم العلماء حيود الإلكترونات فائق السرعة (ultrafast electron diffraction)، وهي تقنية تشبه التصوير بسرعة غالق قصيرة جدًا. قاموا بإثارة البلورة بالليزر، ثم أضاءوها بنبضات إلكترونية، والتقطوا صورًا من زوايا مختلفة. ومن هذه الصور، استعادوا مواقع جميع الذرات في كل لحظة زمنية. اتضح أن الذرات تتحرك في خط مستقيم تقريبًا، ويُقطع نصف المسافة في أول بضع بيكو ثوانٍ.
هذه المعرفة تساعد في صنع مفاتيح سريعة وأجهزة ذاكرة، حيث يكون التحكم الدقيق في حركة الذرات أمرًا مهمًا. الآن يمكن تطبيق هذه الطريقة على مواد أخرى لرؤية مساراتها الذرية أثناء التحولات الطورية.
ثنائي أكسيد الفاناديوم يتحول إلى الحالة المعدنية عند درجة حرارة حوالي 340 كلفن، وهي أعلى قليلاً فقط من درجة حرارة الغرفة. بفضل هذا، يُستخدم في النوافذ الذكية التي تبدأ في عكس الأشعة تحت الحمراء عند التسخين.