只存在于理論上的物質(zhì)的奇怪階段被證明是真實的

以前純粹存在于理論領(lǐng)域的一種奇怪的物質(zhì)階段終于在一種真實的材料中被發(fā)現(xiàn)。

它被稱為布拉格玻璃相——一種奇怪的、看似矛盾的原子排列在玻璃材料中，其中的粒子幾乎與完美晶體中的粒子一樣有序?？茖W(xué)家們甚至不確定布拉格玻璃的存在，但它確實存在，隱藏在插入鋱和碲層之間的鈀合金中（Pd_x二特₃).

這一發(fā)現(xiàn)由康奈爾大學(xué)的物理學(xué)家Krishnanand Mallayya領(lǐng)導(dǎo)，發(fā)表在自然物理學(xué)，不僅揭示了材料的行為方式，而且展示了一套強(qiáng)大的新技術(shù)，用于探測奇異材料的原子結(jié)構(gòu)。

所討論的相與原子和分子的排列方式有關(guān)。長程有序相是結(jié)晶固體中的分子以整齊、幾何、三維圖案排列的相。無序相是組成原子全部混雜在一起的相。液體以這種方式是無序的，但一些固體也是如此，如玻璃.

在這些安排之間，物理學(xué)家預(yù)測了第三階段的存在。那是布拉格玻璃。

Mallayya和他的團(tuán)隊認(rèn)為他們可能會在一種材料中找到它，該材料包含電荷密度波（CDW），一種常見于二維材料中的現(xiàn)象，它描述了材料電荷密度的周期性調(diào)制。把它想象成電子分布方式的“波”。

對于這三個階段中的每一個階段，CDW 的行為都不同。對于長程有序相，CDW與材料結(jié)構(gòu)的相關(guān)性無限期地持續(xù)下去。對于無序狀態(tài)，它會在有限的距離內(nèi)崩潰。對于布拉格玻璃來說，相關(guān)性被打破了——但比無序狀態(tài)更慢、更遠(yuǎn)的距離，似乎只是在無限遠(yuǎn)的距離上消失了。

“挑戰(zhàn)，”物理學(xué)家Eun-Ah Kim說康奈爾大學(xué)，“正在從實驗數(shù)據(jù)中檢測出這些差異，這些數(shù)據(jù)也反映了現(xiàn)實生活中的問題，如噪聲和實驗裝置的有限分辨率。

檢測相位需要做很多工作。首先是材料;鈀_x二特₃被SLAC和斯坦福大學(xué)的科學(xué)家仔細(xì)研究幾年前，研究人員確定它適合他們的目的。

為了探測材料的結(jié)構(gòu)，研究人員將他們的樣本送到了阿貢國家實驗室。在那里，Pd_x二特₃用X射線轟擊，以測量光從材料內(nèi)部衍射的方式。

最后，為了仔細(xì)研究和分析X射線衍射數(shù)據(jù)的絕對數(shù)量，研究人員使用了機(jī)器學(xué)習(xí)稱為 X 射線溫度聚類 （X-TEC） 的數(shù)據(jù)分析工具。這使他們能夠探測數(shù)千個CDW峰 - “這是第一次從多個峰中分析CDW波動，”研究人員指出.

從CDW峰值不對稱性來看，Mallayya和他的團(tuán)隊聲稱終于確定了布拉格玻璃相的存在，并通過實驗證實了它在現(xiàn)實世界中的存在。這代表著在理解這個難以捉摸的階段方面取得了重大進(jìn)展。

除了確認(rèn)現(xiàn)有模型外，他們的技術(shù)也應(yīng)該被證明對未來的研究有用：X-TEC工具能夠以高精度、高速率從數(shù)據(jù)中提取特征，這有望在未來發(fā)現(xiàn)許多。

“使用機(jī)器學(xué)習(xí)工具和數(shù)據(jù)科學(xué)視角，我們可以解決具有挑戰(zhàn)性的問題，并通過全面的數(shù)據(jù)分析來追蹤微妙的特征。Kim說道.

該團(tuán)隊的研究結(jié)果已發(fā)表在自然物理學(xué).

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