Los científicos, por encima de todo, son solucionadores de problemas.

El científico investigador principal Ying Shi de Corning Incorporated no es una excepción. Su investigación se centra en comprender la correlación estructura-propiedad del vidrio para desarrollar nuevas composiciones diseñadas para una variedad de aplicaciones. Con frecuencia utiliza la dispersión de neutrones en el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía (DOE) para obtener información sobre una miríada de muestras de vidrio a escala atómica.

Comprender cómo la estructura atómica de varios tipos de vidrio se correlaciona con sus propiedades es importante para muchos productos electrónicos de consumo. Por ejemplo, el vidrio de cobertura utilizado en dispositivos electrónicos personales, como teléfonos móviles, debe ser lo suficientemente resistente para resistir el agrietamiento, mientras que el panel de vidrio de un televisor de pantalla plana debe presentar cambios dimensionales mínimos para garantizar una alta resolución a medida que se somete a tratamientos térmicos durante el proceso de fabricación.

"Es un problema extremadamente difícil e importante comprender verdaderamente la estructura atómica de los vidrios de silicato y cómo sus estructuras se correlacionan con sus propiedades, ", Dijo Shi." Confiamos en grandes conjuntos de datos para descifrar la correlación estructura-propiedad ".

Es por eso que cada vez que Ying viene a la fuente de neutrones de espalación de ORNL para usar el instrumento NOMAD, mide cerca de 100 muestras de vidrio que han variado sistemáticamente composiciones y diferentes tratamientos.

La estructura del vidrio es diferente a los materiales cristalinos. Mientras que los átomos en los materiales cristalinos están dispuestos de forma ordenada de acuerdo con la simetría y la periodicidad, lo que les da lo que los científicos llaman a los materiales orden de largo alcance, el vidrio solo tiene un orden de corto y mediano alcance.

"Orden de rango medio, el parámetro estructural clave para determinar las propiedades del vidrio, puede ser revelado por el primer pico de difracción nítido de la dispersión total de neutrones, "Dijo Shi.

Los experimentos actuales de Shi en el instrumento NOMAD en la fuente de neutrones de espalación (SNS) de ORNL le permiten correlacionar los datos estructurales de orden de rango medio recopilados en sus muestras con numerosas propiedades, incluida la dureza y el coeficiente de expansión térmica.

¿Qué tienen de especial estos experimentos? ella dice, es que incorporan código escrito por su hijo adolescente. El hijo de Shi, Albert, quien fue pasante en Corning el verano pasado, tenía solo 14 años cuando inicialmente escribió el código para el análisis de datos de su madre.

Ahora 16, Albert dice que ya había estado aprendiendo a codificar en C # con su padre cuando su madre descubrió que no podía contratar a un codificador profesional para tratar sus cientos de archivos de datos porque su proyecto, en la fase exploratoria, no había presupuestado uno.

"Puede que le haya llevado un año solicitar la financiación para la codificación profesional, y ella quería acelerar el proceso y yo quería ayudar, "Albert explicó." El código básicamente procesa los datos sin procesar de la línea de luz de neutrones y realiza varios tratamientos matemáticos en el primer pico de difracción nítido, lo que nos permite derivar información estructural de rango medio dentro del vidrio ".

Shi agrega que, antes de que Albert desarrollara el código, tuvo que tratar cada archivo de datos de sus experimentos con dos paquetes de software disponibles comercialmente, pero no pudieron comunicarse entre ellos.

"Solía ​​hacer un tratamiento yo mismo y luego generar manualmente los datos y luego ingresarlos manualmente en el segundo software, " ella dijo.

Cada archivo de datos tardó media hora en analizarse con este método, y sabía que no sería sostenible para cientos de archivos de datos e imposible si quería optimizar los parámetros de ajuste.

Shi dice que el código de Albert le permite procesar 20 archivos de datos en menos de 30 segundos, en lugar de tomar media hora para 1 archivo, y puede modificar los parámetros más fácilmente y obtener mejores resultados.

ORNL ha aceptado alojar el código de Albert en su GitHub, una plataforma de desarrollo de software de código abierto, y RingFSDP, un método novedoso que Shi desarrolló a partir del código de su hijo, ahora está disponible para beneficiar a la comunidad de investigación del vidrio. Recientemente publicó un artículo sobre RingFSDP.

"Alojarlo en nuestro repositorio aquí en ORNL lo hace accesible para todos. El hospedaje también tiene sentido porque los miembros del equipo de NOMAD estuvieron involucrados en el desarrollo del código y están en la publicación, y alojamos una gran cantidad de código desarrollado únicamente en ORNL o en colaboración con entidades externas, "dijo el líder del grupo de difracción de neutrones, Matthew Tucker.

Albert ha seguido mejorando su código original, y escribió dos códigos adicionales durante su pasantía en Corning que planea compartir con ORNL.