Čudna faza materije koja je ranije postojala isključivo u domenu teorije konačno je otkrivena u stvarnom materijalu.
Poznata je kao faza Bregovog stakla – čudan, naizgled paradoksalan raspored atoma u staklenom materijalu gde su čestice gotovo jednako poređane kao one u savršenom kristalu. Naučnici čak nisu bili sigurni da postoji Bregovo staklo, ali ono je bilo, sakriveno u leguri paladijuma umetnutom između slojeva terbijuma i telura (Pd k ErTe 3 ).
Otkriće, koje je predvodio fizičar Krišnanand Malaja sa Univerziteta Kornel i objavljeno u Nature Phisics, ne samo da baca svetlo na način na koji se materijali mogu ponašati, već i demonstrira moćan novi skup tehnika za ispitivanje atomskih struktura egzotičnih materijala.
Faze o kojima je reč imaju veze sa načinom na koji su atomi i molekuli raspoređeni. Uređena faza dugog dometa je ona u kojoj su molekuli u kristalnoj čvrstoj materiji raspoređeni u uredan, geometrijski, trodimenzionalni obrazac. Neuređena faza je faza u kojoj su svi komponentni atomi pomešani. Tečnosti su poremećene na ovaj način, ali i neke čvrste materije, kao što je staklo.
Između ovih aranžmana, fizičari su predvideli postojanje treće faze. To je Bragg staklo.
Malaja i njegov tim su mislili da bi ga mogli pronaći u materijalu koji sadrži talas gustine naelektrisanja (CDV), fenomen koji se obično nalazi u dvodimenzionalnim materijalima koji opisuje periodičnu modulaciju gustine naelektrisanja materijala. Zamislite to kao ‘talas’ u načinu na koji se elektroni distribuiraju.
Za svaku od tri faze, CDV se ponaša drugačije. Za naređenu fazu dugog dometa, CDV korelira sa strukturom materijala nastavlja se neograničeno. Za neuređeno stanje, on se raspada na ograničenoj udaljenosti. Za Bragg staklo, korelacija se raspada – ali sporije i na većoj udaljenosti od neuređenog stanja, samo naizgled nestaje na beskonačnim udaljenostima.
„Izazov je, kaže fizičar Eun-Ah Kim sa Univerziteta Kornel, otkrivanje ovih razlika od eksperimentalnih podataka koji takođe odražavaju stvarna pitanja poput buke i konačne rezolucije eksperimentalne postavke.
Da bi se otkrila faza, potrebno je mnogo rada. Prvo, tu je bio materijal; Pd k ErTe 3 su pažljivo proučavali naučnici sa SLAC-a i Stanforda pre nekoliko godina, i istraživači su utvrdili da bi bio pogodan za njihove svrhe.
Da bi ispitali strukturu materijala, istraživači su svoje uzorke poslali u Nacionalnu laboratoriju Argonne. Tamo je Pd k ErTe 3 bombardovan rendgenskim zracima da bi se izmerio način na koji se svetlost difraktira od unutrašnjosti materijala.
Konačno, da bi proučili i analizirali apsolutne količine podataka o difrakciji rendgenskih zraka, istraživači su koristili alat za analizu podataka mašinskog učenja pod nazivom Klasteriranje rendgenske temperature (Ks-TEC). Ovo im je omogućilo da ispitaju hiljade CDV vrhova – „prvi put kada su fluktuacije CDV analizirane sa više od nekoliko vrhova“, primećuju istraživači.
Na osnovu CDV vršne asimetrije, Malaja i njegov tim tvrde da su konačno identifikovali postojanje Bragove staklene faze, eksperimentalno potvrđujući njeno postojanje u stvarnom svetu. Ovo predstavlja značajan napredak u razumevanju ove neuhvatljive faze.
Osim potvrđivanja postojećih modela, njihove tehnike bi takođe trebalo da se pokažu korisnim za buduća istraživanja: Ks-TEC alat je bio u stanju da izdvoji karakteristike iz podataka sa velikom preciznošću, velikom brzinom, što obećava mnoga buduća otkrića.
„Koristeći alate za mašinsko učenje i naučne perspektive o podacima, možemo da idemo na izazovna pitanja i da pronađemo suptilne potpise kroz sveobuhvatnu analizu podataka“, kaže Kim.
