Les chercheurs quantiques de Cornell ont détecté une phase insaisissable de la matière, appelée phase vitreuse de Bragg, en utilisant de grands volumes de données de rayons X et un nouvel outil d'analyse de données d'apprentissage automatique. Cette découverte résout une question de longue date :celle de savoir si cet état presque – mais pas tout à fait – ordonné du verre de Bragg peut exister dans des matériaux réels.
Le document "Signatures de verre Bragg dans Pdx ErTe3 avec regroupement de températures de diffraction des rayons X (X-TEC)", est publié dans Nature Physics . L'auteur principal est Krishnanand Madhukar Mallayya, chercheur postdoctoral au Département de physique du Collège des arts et des sciences (A&S). Eun-Ah Kim, professeur de physique (A&S), est l'auteur correspondant. La recherche a été menée en collaboration avec des scientifiques du Laboratoire national d'Argonne et de l'Université de Stanford.
Les chercheurs présentent la première preuve d'une phase vitreuse de Bragg détectée par diffusion de rayons X, qui est une sonde qui accède à la totalité d'un matériau, par opposition à seulement la surface d'un matériau, dans une onde de densité de charge systématiquement désordonnée ( CDW), matériau Pdx ErTe3 . Ils ont utilisé des données complètes sur les rayons X et un nouvel outil d'analyse de données d'apprentissage automatique, X-ray Temperature Clustering (X-TEC).
"Malgré sa prédiction théorique d'il y a trente ans, les preuves expérimentales concrètes de la présence de verre CDW Bragg dans la majeure partie du cristal restaient manquantes", a déclaré Mallayya.
Théoriquement, il existe une distinction nette entre trois phases :l'ordre à longue portée, le verre de Bragg et l'état désordonné, a déclaré Kim. Dans l’état désordonné, la corrélation CDW décroît sur une distance finie. Dans l'état ordonné à longue portée, la corrélation des ondes de densité de charge se poursuit indéfiniment.
Dans la phase du verre de Bragg, poursuit Kim, la corrélation CDW décroît si lentement qu'elle ne disparaîtra complètement qu'à des distances infinies.
"Le défi consiste à détecter ces distinctions à partir de données expérimentales qui reflètent également des problèmes réels tels que le bruit et la résolution finie de la configuration expérimentale", a déclaré Kim.
Les chercheurs ont surmonté des défis clés grâce à une synergie stratégique entre les matériaux, les données et les outils d’apprentissage automatique. Sur le plan des matériaux, ils ont trouvé, en collaboration avec des scientifiques de Stanford, une famille de matériaux CDW qui permettront une étude systématique avec contrôle de la saleté à utiliser dans l'expérience :Pdx ErTe3 . Sur le plan des données, ils ont collecté d'énormes quantités de données au Laboratoire national d'Argonne en collaboration avec des scientifiques d'Argonne.
Sur le plan du machine learning, ils ont utilisé X-TEC, un outil de machine learning, pour analyser l'énorme volume de données avec une approche évolutive et automatisée.
"Une détection expérimentale de la phase vitreuse de Bragg par diffraction des rayons X a résolu la question ouverte concernant le sort de l'ordre CDW soumis à la saleté", a déclaré Mallayya.
Au-delà du problème scientifique spécifique, l'article présente un nouveau mode de recherche à l'ère des données volumineuses, a déclaré Kim :« Grâce aux outils d'apprentissage automatique et aux perspectives scientifiques des données, nous pouvons aborder des questions difficiles et retrouver des signatures subtiles grâce à une approche globale. analyse des données."
Les chercheurs ont écrit que cette détection de l'ordre des verres de Bragg et le diagramme de phase qui en résulte font progresser considérablement notre compréhension de l'interaction complexe entre le désordre et les fluctuations. De plus, l'utilisation de X-TEC pour cibler les fluctuations grâce à une mesure à haut débit de la « propagation des pics » peut révolutionner la façon dont les fluctuations sont étudiées dans les expériences de diffusion.
Plus d'informations : Krishnanand Mallayya et al, signatures de verre Bragg dans Pdx ErTe3 avec regroupement de températures de diffraction des rayons X, Nature Physics (2024). DOI : 10.1038/s41567-023-02380-1
Fourni par l'Université Cornell
