Fysiker upptäcker svårfångad “Bragg glass”-fas med maskininlärningsverktyg

By | February 10, 2024

Den här artikeln har granskats i enlighet med Science X:s redaktionella policyer och process. Redaktörerna har lyft fram följande attribut samtidigt som de säkerställer innehållets trovärdighet:

verifierad

pålitlig källa

korrekt


CDW i PdxErTe3. tillKristallstruktur av ren ErTe3. Planen har en ungefärlig kvadratisk geometri. Kristallen tillhör cmetercmeter rymdgrupp, b anger axeln utanför planet, och till och c De är axlarna i planet. bSchematisk25 visar Bragg-toppar (cirklar) och CDW-toppar (trianglar) i planet (till*–c*) ömsesidigt utrymme. Satellittopparna för CDW-1 (övre triangeln) och CDW-2 (nedre triangeln) är inriktade längs c* och till* axlar, respektive. cSchema för planen (till*–c*) intensitetsfördelning av CDW satellittopppar (i (h,l± qc)) runt en Bragg-topp (i ( h, l )), med följande tre egenskaper av intresse: toppens intensitet, toppens bredd Γ(heldragen pil) och asymmetrin i den diffusa spridningen som omger satellittopparna (streckad pil). d, Sammanfattningstabell över diagnoserna för att klassificera de tre faserna. Den första raden beskriver intensitet-temperaturbanan för CDW. Endast det orörda provet med lång räckvidd uppvisar en abrupt start, vilket markerar övergångstemperaturen. tc. Å andra sidan kan Braggglaset inte särskiljas från kortdistansordningen, eftersom även efter nedbrytningen av Braggglasordningen med ökande temperatur kvarstår kortdistansfluktuationerna (på grund av fixeringen av störningen) och bidrar till att intensiteten hos CDW. Den andra raden illustrerar ett förenklat temperaturberoende av CDW-toppbredden. Γ . Kreditera: Naturfysik (2024). DOI: 10.1038/s41567-023-02380-1

× nära


CDW i PdxErTe3. tillKristallstruktur av ren ErTe3. Planen har en ungefärlig kvadratisk geometri. Kristallen tillhör cmetercmeter rymdgrupp,b anger axeln utanför planet, ochtill och cDe är axlarna i planet. bSchematisk25 visar Bragg-toppar (cirklar) och CDW-toppar (trianglar) i planet ( till*–c*) ömsesidigt utrymme. Satellittopparna för CDW-1 (övre triangeln) och CDW-2 (nedre triangeln) är inriktade längsc* ochtill* axlar, respektive. cSchema för planen (till*– c*) intensitetsfördelning av CDW satellittopppar (i ( h, l± qc)) runt en Bragg-topp (i ( h , l)), med följande tre egenskaper av intresse: toppens intensitet, toppens breddΓ (heldragen pil) och asymmetrin i den diffusa spridningen som omger satellittopparna (streckad pil). d, Sammanfattningstabell över diagnoserna för att klassificera de tre faserna. Den första raden beskriver intensitet-temperaturbanan för CDW. Endast det orörda provet med lång räckvidd uppvisar en abrupt start, vilket markerar övergångstemperaturen.tc. Å andra sidan kan Braggglaset inte särskiljas från kortdistansordningen, eftersom även efter nedbrytningen av Braggglasordningen med ökande temperatur kvarstår kortdistansfluktuationerna (på grund av fixeringen av störningen) och bidrar till att intensiteten hos CDW. Den andra raden illustrerar ett förenklat temperaturberoende av CDW-toppbredden.Γ. Kreditera:Naturfysik (2024). DOI: 10.1038/s41567-023-02380-1

Cornell kvantforskare har upptäckt en svårgripbar fas av materia, kallad Bragg-glasfasen, med hjälp av stora volymer röntgendata och ett nytt verktyg för maskininlärning av dataanalys. Upptäckten löser en långvarig fråga om huruvida detta nästan (men inte riktigt) ordnade tillstånd av Bragg-glas kan existera i verkliga material.

Tidningen “Bragg kristallsignaturer i PdxErTe3 med röntgendiffraktionstemperaturbinning (X-TEC)”, publiceras iNaturfysik. Huvudförfattare är Krishnanand Madhukar Mallayya, en postdoktor vid Institutionen för fysik, College of Arts and Sciences (A&S). Eun-Ah Kim, professor i fysik (A&S), är motsvarande författare. Forskningen utfördes i samarbete med forskare vid Argonne National Laboratory och Stanford University.

Forskare presenterar det första beviset på en Bragg-glasfas som upptäckts från röntgenspridning, som är en sond som når hela massan av ett material, snarare än bara ytan av ett material, i en systematiskt oordnad laddningstäthetsvåg. CDW) material, PdxErTe3. De använde omfattande röntgendata och ett nytt dataanalysverktyg för maskininlärning, X-ray Temperature Clustering (X-TEC).

“Trots dess teoretiska förutsägelse för tre decennier sedan, saknas fortfarande konkreta experimentella bevis för CDW Bragg-glas i det mesta av kristallen,” sa Mallayya.

I teorin finns det en tydlig skillnad mellan tre faser: långvägsordning, Bragg-kristall och oordnat tillstånd, sa Kim. I det oordnade tillståndet avtar CDW-korrelationen inom ett ändligt avstånd. I det långdistansordnade tillståndet fortsätter laddningstäthetens vågkorrelation på obestämd tid.

I Bragg-kristallfasen, fortsatte Kim, avtar CDW-korrelationen så långsamt att den bara försvinner helt på oändliga avstånd.

“Utmaningen är att upptäcka dessa skillnader från experimentella data som också återspeglar verkliga problem som brus och den ändliga upplösningen av experimentupplägget,” sa Kim.

Forskarna övervann viktiga utmaningar genom strategisk synergi mellan material, data och verktyg för maskininlärning. När det gäller materialen hittade de, i samarbete med Stanford-forskare, en familj av CDW-material som kommer att möjliggöra en systematisk studie med kontroll av smutsen som ska användas i experimentet – PdxErTe3. När det gäller data tog de enorma mängder data vid Argonne National Laboratory i samarbete med Argonne-forskare.

På maskininlärningsfronten använde de X-TEC, ett maskininlärningsverktyg, för att analysera den enorma mängden data med ett skalbart och automatiserat tillvägagångssätt.

“Experimentell upptäckt av den glasartade Bragg-fasen med hjälp av röntgendiffraktion har löst den öppna frågan om ödet för CDWs utsatta för nedsmutsning,” sa Mallayya.

Utöver det specifika vetenskapliga problemet presenterar artikeln ett nytt forskningssätt i big datas era, sa Kim: “Med hjälp av maskininlärningsverktyg och datavetenskapliga insikter kan vi ta itu med utmanande frågor och spåra subtila signaturer genom en omfattande analys av data.”

Forskarna skrev att denna upptäckt av Braggs glasordning och det resulterande fasdiagrammet avsevärt förbättrar vår förståelse av det komplexa samspelet mellan störningar och fluktuationer. Dessutom kan användning av X-TEC för att upptäcka fluktuationer genom en “maximal diffusion”-mätning med hög genomströmning revolutionera hur fluktuationer studeras i spridningsexperiment.

Mer information:
Krishnanand Mallayya et al, Braggs glassignaturer i PdxErTe3 med röntgendiffraktionstemperaturgruppering,Naturfysik(2024). DOI: 10.1038/s41567-023-02380-1

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *