Gli scienziati prima di tutto sono risolutori di problemi.

Il ricercatore senior Ying Shi della Corning Incorporated non fa eccezione. La sua ricerca si concentra sulla comprensione della correlazione struttura-proprietà del vetro per sviluppare nuove composizioni su misura per una vasta gamma di applicazioni. Usa spesso la diffusione di neutroni presso l'Oak Ridge National Laboratory (ORNL) del Department of Energy (DOE) per ottenere informazioni su una miriade di campioni di vetro su scala atomica.

Capire come la struttura atomica di vari tipi di vetro è correlata alle loro proprietà è importante per molti prodotti di elettronica di consumo. Per esempio, il vetro di copertura utilizzato nell'elettronica personale come i telefoni cellulari deve essere abbastanza resistente da resistere alle rotture, mentre il pannello di vetro su un televisore a schermo piatto deve presentare variazioni dimensionali minime per garantire un'alta risoluzione poiché subisce trattamenti termici durante il processo di fabbricazione.

"È un problema estremamente difficile e importante comprendere veramente la struttura atomica dei vetri di silicato e come le loro strutture sono correlate alle loro proprietà, "Shi ha detto. "Ci affidiamo a grandi insiemi di dati per decifrare la correlazione struttura-proprietà".

Ecco perché ogni volta che Ying viene alla Spallation Neutron Source di ORNL per utilizzare lo strumento NOMAD, lei misura quasi 100 campioni di vetro che hanno composizioni sistematicamente variate e diversi trattamenti.

La struttura del vetro è diversa dai materiali cristallini. Mentre gli atomi nei materiali cristallini sono disposti in modo ordinato secondo simmetria e periodicità, dando loro quello che gli scienziati dei materiali chiamano ordine a lungo raggio, il vetro ha solo un ordine a corto e medio raggio.

"Ordine di medio raggio, il parametro strutturale chiave per determinare le proprietà del vetro, può essere rivelato dal primo picco acuto di diffrazione dello scattering totale di neutroni, " disse Shi.

Gli attuali esperimenti di Shi sullo strumento NOMAD presso la Spallation Neutron Source (SNS) dell'ORNL le consentono di correlare i dati strutturali di ordine medio raccolti sui suoi campioni con numerose proprietà tra cui la durezza e il coefficiente di espansione termica.

Cosa c'è di speciale in questi esperimenti, lei dice, è che incorporano il codice scritto da suo figlio adolescente. figlio di Shi, Alberto, che era uno stagista a Corning la scorsa estate, aveva solo 14 anni quando inizialmente scrisse il codice per l'analisi dei dati di sua madre.

ora 16, Albert dice che stava già imparando a programmare in C# con suo padre quando sua madre scoprì che non era in grado di assumere un programmatore professionista per trattare le sue centinaia di file di dati perché il suo progetto, nella fase esplorativa, non aveva preventivato per uno.

"Potrebbe aver impiegato un anno per richiedere i finanziamenti per la codifica professionale, e lei voleva accelerare il processo e io volevo aiutare, "Spiegava Albert. "Il codice fondamentalmente elabora i dati grezzi della linea di luce dei neutroni ed esegue vari trattamenti matematici sul primo picco di diffrazione tagliente, che ci consente di ricavare informazioni strutturali a medio raggio all'interno del vetro."

Shi aggiunge che, prima che Albert sviluppasse il codice, doveva trattare ogni file di dati dai suoi esperimenti con due pacchetti software disponibili in commercio, ma non potevano comunicare tra loro.

"Facevo qualche trattamento da solo e poi emettevo manualmente i dati e poi li inserivo manualmente nel secondo software, " lei disse.

Ogni file di dati ha richiesto mezz'ora per essere analizzato utilizzando questo metodo, e sapeva che non sarebbe stato sostenibile per centinaia di file di dati e impossibile se avesse voluto ottimizzare i parametri di adattamento.

Shi dice che il codice di Albert le consente di elaborare 20 file di dati in meno di 30 secondi, invece di impiegare mezz'ora per 1 file, e può modificare i parametri più facilmente e ottenere risultati migliori.

ORNL ha accettato di ospitare il codice di Albert sul suo GitHub, una piattaforma di sviluppo software open source, e RingFSDP, un nuovo metodo che Shi sviluppò dal codice di suo figlio, è ora disponibile a beneficio della comunità di ricerca sul vetro. Ha recentemente pubblicato un articolo su RingFSDP.

"Ospitarlo sul nostro repository qui a ORNL lo rende accessibile a tutti. L'hosting ha anche senso perché i membri del team NOMAD sono stati coinvolti nello sviluppo del codice e sono sulla pubblicazione, e ospitiamo molto codice sviluppato esclusivamente presso ORNL o in collaborazione con entità esterne, ", ha detto il leader del gruppo di diffrazione dei neutroni Matthew Tucker.

Albert ha continuato a migliorare il suo codice originale, e ha scritto due codici aggiuntivi durante il suo tirocinio a Corning che intende condividere con ORNL.