Los investigadores cuánticos de Cornell han detectado una fase esquiva de la materia, llamada fase vítrea de Bragg, utilizando grandes volúmenes de datos de rayos X y una nueva herramienta de análisis de datos de aprendizaje automático. El descubrimiento resuelve una antigua cuestión de si este estado casi (aunque no del todo) ordenado del vidrio de Bragg puede existir en materiales reales.
El artículo "Firmas de cristal de Bragg en Pdx ErTe3 con agrupación de temperatura por difracción de rayos X (X-TEC)", se publica en Nature Physics . El autor principal es Krishnanand Madhukar Mallayya, investigador postdoctoral en el Departamento de Física de la Facultad de Artes y Ciencias (A&S). Eun-Ah Kim, profesora de física (A&S), es la autora correspondiente. La investigación se realizó en colaboración con científicos del Laboratorio Nacional Argonne y de la Universidad de Stanford.
Los investigadores presentan la primera evidencia de una fase de vidrio de Bragg detectada a partir de la dispersión de rayos X, que es una sonda que accede a toda la masa de un material, en lugar de solo a la superficie de un material, en una onda de densidad de carga sistemáticamente desordenada. CDW), Pdx ErTe3 . Utilizaron datos completos de rayos X y una novedosa herramienta de análisis de datos de aprendizaje automático, X-ray Temperature Clustering (X-TEC).
"A pesar de su predicción teórica hace tres décadas, todavía faltaba evidencia experimental concreta de vidrio CDW Bragg en la mayor parte del cristal", dijo Mallayya.
En teoría, existe una clara distinción entre tres fases:orden de largo alcance, cristal de Bragg y estado desordenado, dijo Kim. En el estado desordenado, la correlación CDW decae dentro de una distancia finita. En el estado ordenado de largo alcance, la correlación de la onda de densidad de carga continúa indefinidamente.
En la fase de cristal de Bragg, continuó Kim, la correlación CDW decae tan lentamente que sólo desaparece por completo a distancias infinitas.
"El desafío es detectar estas distinciones a partir de datos experimentales que también reflejen problemas de la vida real como el ruido y la resolución finita de la configuración experimental", dijo Kim.
Los investigadores superaron desafíos clave mediante una sinergia estratégica entre materiales, datos y herramientas de aprendizaje automático. En cuanto a los materiales, encontraron, en colaboración con científicos de Stanford, una familia de materiales CDW que permitirá un estudio sistemático con control de la suciedad a utilizar en el experimento:Pdx ErTe3 . En cuanto a los datos, tomaron cantidades masivas de datos en el Laboratorio Nacional de Argonne en colaboración con científicos de Argonne.
En el frente del aprendizaje automático, utilizaron X-TEC, una herramienta de aprendizaje automático, para analizar el enorme volumen de datos con un enfoque escalable y automatizado.
"Una detección experimental de la fase vítrea de Bragg mediante difracción de rayos X ha resuelto la cuestión abierta sobre el destino de los CDW sujetos a la suciedad", afirmó Mallayya.
Yendo más allá del problema científico específico, el documento presenta un nuevo modo de investigación en la era de los grandes datos, dijo Kim:"Utilizando herramientas de aprendizaje automático y perspectivas científicas de datos, podemos abordar preguntas desafiantes y rastrear firmas sutiles a través de un análisis integral análisis de datos."
Los investigadores escribieron que esta detección del orden del vidrio de Bragg y el diagrama de fases resultante mejoran significativamente nuestra comprensión de la compleja interacción entre el desorden y las fluctuaciones. Además, utilizar X-TEC para detectar fluctuaciones a través de una medida de alto rendimiento de "difusión máxima" puede revolucionar la forma en que se estudian las fluctuaciones en experimentos de dispersión.
Más información: Krishnanand Mallayya et al, firmas de vidrio de Bragg en Pdx ErTe3 con agrupación de temperatura por difracción de rayos X, Física de la naturaleza (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02380-1
Proporcionado por la Universidad de Cornell
