Físicos detectam a indescritível fase do vidro de Bragg com ferramenta de aprendizado de máquina
CDWs em Pdx ErTe3 . um , Estrutura cristalina de ErTe puro3 . Os planos Te têm geometria aproximadamente quadrada. O cristal pertence ao Cmcm grupo espacial, b denota o eixo fora do plano e a e c são os eixos no plano. b , Esquemático
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mostrando os picos de Bragg (círculos) e picos de CDW (triângulos) no plano (a *–c *) espaço recíproco. Os picos dos satélites CDW-1 (triângulo para cima) e CDW-2 (triângulo para baixo) estão alinhados ao longo do c * e uma * eixos, respectivamente. c , Esquema para o plano (a *–c *) distribuição de intensidade do par de picos de satélites CDW (em (H , L ± qc )) em torno de um pico de Bragg (em (H , L )), com as seguintes três características de interesse:a intensidade do pico, a largura do pico Γ (seta sólida) e a assimetria no espalhamento difuso em torno dos picos dos satélites (seta tracejada). d , Tabela que resume os diagnósticos para classificação das três fases. A primeira linha descreve a trajetória intensidade-temperatura do CDW. Somente a amostra pura com ordem de longo alcance exibe um início acentuado, marcando a temperatura de transição Tc . Por outro lado, não se pode distinguir o vidro de Bragg da ordem de curto alcance, pois mesmo após a quebra da ordem do vidro de Bragg com o aumento da temperatura, as flutuações de curto alcance persistem (devido à fixação da desordem) e contribuem para a intensidade do CDW. A segunda linha ilustra uma dependência simplificada da temperatura da largura do pico CDW Γ . Crédito:Física da Natureza (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02380-1 Pesquisadores quânticos da Cornell detectaram uma fase indescritível da matéria, chamada fase de vidro de Bragg, usando grandes volumes de dados de raios X e uma nova ferramenta de análise de dados de aprendizado de máquina. A descoberta resolve uma questão de longa data sobre se este estado quase - mas não totalmente - ordenado do vidro de Bragg pode existir em materiais reais.
O artigo, "Assinaturas de vidro Bragg em Pdx ErTe3 com agrupamento de temperatura por difração de raios X (X-TEC)", publicado em Nature Physics . O autor principal é Krishnanand Madhukar Mallayya, pesquisador de pós-doutorado no Departamento de Física da Faculdade de Artes e Ciências (A&S). Eun-Ah Kim, professora de física (A&S), é a autora correspondente. A pesquisa foi conduzida em colaboração com cientistas do Laboratório Nacional de Argonne e da Universidade de Stanford.
Os pesquisadores apresentam a primeira evidência de uma fase de vidro de Bragg detectada a partir do espalhamento de raios X, que é uma sonda que acessa toda a massa de um material, em oposição a apenas a superfície de um material, em uma onda de densidade de carga sistematicamente desordenada. material CDW), Pdx ErTe3 . Eles usaram dados abrangentes de raios X e uma nova ferramenta de análise de dados de aprendizado de máquina, X-ray Temperature Clustering (X-TEC).
"Apesar de sua previsão teórica há três décadas, ainda faltavam evidências experimentais concretas do vidro CDW Bragg na maior parte do cristal", disse Mallayya.
Teoricamente, há uma distinção nítida entre três fases:ordem de longo alcance, vidro de Bragg e estado desordenado, disse Kim. No estado desordenado, a correlação CDW decai dentro de uma distância finita. No estado ordenado de longo alcance, a correlação de onda de densidade de carga continua indefinidamente.
Na fase de vidro de Bragg, continuou Kim, a correlação CDW decai tão lentamente que só desaparecerá completamente em distâncias infinitas.
“O desafio é detectar essas distinções a partir de dados experimentais que também refletem questões da vida real, como ruído e resolução finita da configuração experimental”, disse Kim.
Os pesquisadores superaram os principais desafios por meio da sinergia estratégica entre materiais, dados e ferramentas de aprendizado de máquina. Na frente dos materiais, eles encontraram, em colaboração com cientistas de Stanford, uma família de materiais CDW que permitirá um estudo sistemático com controle sobre a sujeira a ser usada no experimento – Pdx ErTe3 . Na frente de dados, eles coletaram grandes quantidades de dados no Laboratório Nacional de Argonne, em colaboração com cientistas de Argonne.
Na frente do aprendizado de máquina, eles usaram o X-TEC, uma ferramenta de aprendizado de máquina, para analisar o enorme volume de dados com uma abordagem escalonável e automatizada.
"Uma detecção experimental da fase de vidro de Bragg por meio de difração de raios X resolveu a questão em aberto sobre o destino da ordem CDW sujeita à sujeira", disse Mallayya.
Indo além do problema científico específico, o artigo apresenta um novo modo de pesquisa na era dos grandes dados, disse Kim:"Usando ferramentas de aprendizado de máquina e perspectivas científicas de dados, podemos ir atrás de questões desafiadoras e rastrear assinaturas sutis por meio de uma abordagem abrangente análise de dados."
Os pesquisadores escreveram que esta detecção da ordem dos vidros de Bragg e o diagrama de fase resultante avançam significativamente nossa compreensão da complexa interação entre desordem e flutuações. Além disso, o uso do X-TEC para direcionar flutuações por meio de uma medida de alto rendimento de "distribuição de pico" pode revolucionar a forma como as flutuações são estudadas em experimentos de dispersão.
Mais informações: Krishnanand Mallayya et al, assinaturas de vidro de Bragg em Pdx ErTe3 com agrupamento de temperatura de difração de raios X, Física da Natureza (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02380-1 Fornecido pela Universidade Cornell
