I ricercatori quantistici della Cornell University hanno rilevato una fase sfuggente della materia, chiamata fase vetrosa di Bragg, utilizzando grandi volumi di dati a raggi X e un nuovo strumento di analisi dei dati di apprendimento automatico. La scoperta risolve una questione di vecchia data:se questo stato quasi, ma non del tutto ordinato, del vetro di Bragg possa esistere nei materiali reali.
Il documento "Firme di vetro di Bragg in Pdx ErTe3 con diffrazione di raggi X Temperature Clustering (X-TEC)," è pubblicato in Nature Physics . L'autore principale è Krishnanand Madhukar Mallayya, ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Fisica del College of Arts and Sciences (A&S). Eun-Ah Kim, professore di fisica (A&S), è l'autore corrispondente. La ricerca è stata condotta in collaborazione con scienziati dell'Argonne National Laboratory e della Stanford University.
I ricercatori presentano la prima prova di una fase vetrosa di Bragg rilevata dalla diffusione dei raggi X, che è una sonda che accede all’intera massa di un materiale, invece che solo alla superficie di un materiale, in un’onda di densità di carica sistematicamente disordinata. CDW), materiale Pdx ErTe3 . Hanno utilizzato dati completi sui raggi X e un nuovo strumento di analisi dei dati di apprendimento automatico, X-ray Temperature Clustering (X-TEC).
"Nonostante la previsione teorica di tre decenni fa, mancavano prove sperimentali concrete dell'esistenza del vetro CDW Bragg nella maggior parte del cristallo", ha affermato Mallayya.
In teoria, esiste una netta distinzione tra tre fasi:ordine a lungo raggio, vetro di Bragg e stato disordinato, ha detto Kim. Nello stato disordinato, la correlazione CDW decade entro una distanza finita. Nello stato ordinato a lungo raggio, la correlazione delle onde di densità di carica continua indefinitamente.
Nella fase del vetro di Bragg, continuò Kim, la correlazione CDW decade così lentamente che svanirà completamente solo a distanze infinite.
"La sfida è rilevare queste distinzioni dai dati sperimentali che riflettono anche problemi della vita reale come il rumore e la risoluzione finita della configurazione sperimentale", ha affermato Kim.
I ricercatori hanno superato le sfide principali attraverso la sinergia strategica tra materiali, dati e strumenti di apprendimento automatico. Sul fronte dei materiali, hanno scoperto, in collaborazione con scienziati di Stanford, una famiglia di materiali CDW che consentirà uno studio sistematico con controllo sullo sporco da utilizzare nell'esperimento:Pdx ErTe3 . Sul fronte dei dati, hanno raccolto enormi quantità di dati presso l'Argonne National Laboratory in collaborazione con gli scienziati dell'Argonne.
Sul fronte del machine learning, hanno utilizzato X-TEC, uno strumento di machine learning, per analizzare l'enorme volume di dati con un approccio scalabile e automatizzato.
"Un rilevamento sperimentale della fase vetrosa di Bragg attraverso la diffrazione dei raggi X ha risolto la questione aperta riguardante il destino dell'ordine CDW soggetto allo sporco", ha affermato Mallayya.
Andando oltre il problema scientifico specifico, l'articolo presenta una nuova modalità di ricerca nell'era dei grandi dati, ha affermato Kim:"Utilizzando strumenti di apprendimento automatico e prospettive scientifiche dei dati, possiamo rispondere a domande impegnative e rintracciare firme sottili attraverso un approccio completo". analisi dei dati."
I ricercatori hanno scritto che questa rilevazione dell’ordine del vetro di Bragg e il risultante diagramma di fase migliorano significativamente la nostra comprensione della complessa interazione tra disordine e fluttuazioni. Inoltre, l'utilizzo di X-TEC per individuare le fluttuazioni attraverso una misura ad alto rendimento della "diffusione del picco" può rivoluzionare il modo in cui le fluttuazioni vengono studiate negli esperimenti di dispersione.
Ulteriori informazioni: Krishnanand Mallayya et al, firme in vetro di Bragg in Pdx ErTe3 con clustering di temperatura di diffrazione di raggi X, Fisica naturale (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02380-1
Fornito dalla Cornell University
