Le chercheur principal de Corning Incorporated, Ying Shi (à gauche), utilise la diffusion des neutrons pour comprendre la corrélation structure-propriété du verre afin de créer de nouvelles compositions. Son fils, Albert Song (à droite), a écrit le code d'analyse de données pour son projet et l'a rejointe lors d'une récente visite à la Spallation Neutron Source. Crédit :Genevieve Martin/Laboratoire national d'Oak Ridge, Département américain de l'Énergie.
Les scientifiques sont avant tout des résolveurs de problèmes.
Le chercheur principal Ying Shi chez Corning Incorporated ne fait pas exception. Ses recherches portent sur la compréhension de la corrélation structure-propriété du verre pour développer de nouvelles compositions adaptées à une gamme d'applications. Elle utilise fréquemment la diffusion de neutrons au laboratoire national d'Oak Ridge (ORNL) du ministère de l'Énergie (DOE) pour mieux comprendre une myriade d'échantillons de verre à l'échelle atomique.
Comprendre comment la structure atomique de divers types de verre est en corrélation avec leurs propriétés est important pour de nombreux appareils électroniques grand public. Par exemple, le verre de protection utilisé dans les appareils électroniques personnels tels que les téléphones portables doit être suffisamment solide pour résister à la fissuration, tandis que le panneau de verre d'un téléviseur à écran plat doit présenter des changements dimensionnels minimes pour assurer une haute résolution lorsqu'il subit des traitements thermiques pendant le processus de fabrication.
"C'est un problème extrêmement difficile et important de vraiment comprendre la structure atomique des verres de silicate et comment leurs structures sont en corrélation avec leurs propriétés, ", a déclaré Shi. "Nous nous appuyons sur de grands ensembles de données pour déchiffrer la corrélation structure-propriété."
C'est pourquoi chaque fois que Ying vient à la source de neutrons de spallation de l'ORNL pour utiliser l'instrument NOMAD, elle mesure près de 100 échantillons de verre qui ont systématiquement des compositions variées et des traitements différents.
La structure du verre est différente des matériaux cristallins. Alors que les atomes dans les matériaux cristallins sont disposés de manière ordonnée selon la symétrie et la périodicité, ce qui leur donne ce que les scientifiques des matériaux appellent l'ordre à longue distance, le verre n'a qu'un ordre à courte et moyenne portée.
"Commande moyenne gamme, le paramètre structurel clé pour déterminer les propriétés du verre, peut être révélé par le premier pic de diffraction net de la diffusion totale des neutrons, " dit Shi.
Les expériences actuelles de Shi sur l'instrument NOMAD à la source de neutrons de spallation (SNS) de l'ORNL lui permettent de corréler les données structurelles d'ordre moyen recueillies sur ses spécimens avec de nombreuses propriétés, notamment la dureté et le coefficient de dilatation thermique.
Quelle est la particularité de ces expériences, elle dit, est qu'ils intègrent le code écrit par son fils adolescent. le fils de Shi, Albert, qui était stagiaire à Corning l'été dernier, n'avait que 14 ans lorsqu'il a d'abord écrit le code pour l'analyse des données de sa mère.
Maintenant 16, Albert dit qu'il avait déjà appris à coder en C# avec son père lorsque sa mère a découvert qu'elle était incapable d'embaucher un codeur professionnel pour traiter ses centaines de fichiers de données parce que son projet, en phase exploratoire, n'avait pas budgété pour un.
"Il lui a peut-être fallu un an pour demander le financement du codage professionnel, et elle voulait accélérer le processus et je voulais aider, " a expliqué Albert. " Le code traite essentiellement les données brutes de la ligne de lumière neutronique et effectue divers traitements mathématiques sur le premier pic de diffraction pointu, ce qui nous permet de dériver des informations structurelles à moyenne portée dans le verre."
Shi ajoute que, avant qu'Albert ne développe le code, elle a dû traiter chaque fichier de données de ses expériences avec deux progiciels disponibles dans le commerce, mais ils ne pouvaient pas communiquer entre eux.
"J'avais l'habitude de faire moi-même un traitement, puis de sortir manuellement les données, puis de les saisir manuellement dans le deuxième logiciel, " elle a dit.
Chaque fichier de données a pris une demi-heure pour être analysé en utilisant cette méthode, et elle savait que ce ne serait pas viable pour des centaines de fichiers de données et impossible si elle voulait optimiser les paramètres d'ajustement.
Shi dit que le code d'Albert lui permet de traiter 20 fichiers de données en moins de 30 secondes, au lieu de prendre une demi-heure pour 1 fichier, et elle peut modifier les paramètres plus facilement et obtenir de meilleurs résultats.
L'ORNL a accepté d'héberger le code d'Albert sur son GitHub, une plateforme de développement de logiciels open source, et RingFSDP, une nouvelle méthode que Shi a développée à partir du code de son fils, est maintenant disponible au profit de la communauté de recherche sur le verre. Elle a récemment publié un article sur RingFSDP.
"L'héberger sur notre référentiel ici à ORNL le rend accessible à tous. L'hébergement a également du sens car les membres de l'équipe NOMAD ont été impliqués dans le développement du code et sont sur la publication, et nous hébergeons beaucoup de code développé soit uniquement à l'ORNL soit en collaboration avec des entités extérieures, ", a déclaré Matthew Tucker, chef du groupe de diffraction des neutrons.
Albert a continué à améliorer son code d'origine, et il a écrit deux codes supplémentaires au cours de son stage Corning qu'il prévoit de partager avec ORNL.
