Una extraña fase de la materia que sólo existía en teoría resulta ser real: ScienceAlert

Una extraña fase de la materia que sólo existía en teoría resulta ser real: ScienceAlert

Una extraña fase de la materia que antes sólo existía en el ámbito teórico finalmente ha sido detectada en el material real.

Esto se llama fase vítrea de Bragg, una disposición extraña y aparentemente paradójica de los átomos en un material de vidrio donde las partículas están casi tan ordenadas como las de un cristal perfecto. Los científicos ni siquiera estaban seguros de que existiera vidrio de Bragg, pero allí estaba, escondido en una aleación de paladio intercalada entre capas de terbio y telurio (PdXErTe3).

El descubrimiento, dirigido por el físico Krishnanand Mallayya de la Universidad de Cornell y publicado en física naturalno sólo arroja luz sobre cómo se pueden comportar los materiales, sino que también demuestra un nuevo y poderoso conjunto de técnicas para sondear las estructuras atómicas de materiales exóticos.

Las fases en cuestión están ligadas a la forma en que se disponen los átomos y las moléculas. Una fase ordenada de largo alcance es aquella en la que las moléculas de un sólido cristalino están dispuestas en un patrón tridimensional geométrico ordenado. Una fase desordenada es aquella en la que los átomos que la componen están todos mezclados. Los líquidos están desordenados de esta manera, pero también lo están algunos sólidos. como el vidrio.

Entre estos arreglos, los físicos predijeron la existencia de una tercera fase. Es cristal Bragg.

Mallayya y su equipo pensaron que podían encontrarlo en un material que contenía un onda de densidad de carga (CDW), un fenómeno comúnmente encontrado en materiales bidimensionales que describe la modulación periódica de la densidad de carga de un material. Piense en ello como una «onda» en la forma en que se distribuyen los electrones.

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Para cada una de las tres fases, el CDW se comporta de manera diferente. Para una fase ordenada de largo alcance, el CDW se correlaciona con la estructura del material y continúa indefinidamente. En un estado desordenado, colapsa en una distancia finita. En el caso del cristal de Bragg, la correlación se rompe, pero más lentamente y en una distancia más larga que el estado desordenado, y sólo parece desaparecer a distancias infinitas.

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Una tabla que clasifica las propiedades diagnósticas de cada una de las tres fases. (Mallayya et al., Nat. Físico., 2024)

«El desafío,» dice el físico Eun-Ah Kim de la Universidad de Cornell, «detecta estas distinciones a partir de datos experimentales que también reflejan problemas del mundo real como el ruido y la resolución finita de la configuración experimental».

Detectar la fase requirió mucho trabajo. Primero, estaba el hardware; PDXErTe3 ha sido cuidadosamente estudiado por científicos de SLAC y Stanford hace muchos añosy los investigadores determinaron que esto se adaptaría a sus propósitos.

Para sondear la estructura del material, los investigadores enviaron sus muestras al Laboratorio Nacional Argonne. Allí, el PDXErTe3 fue bombardeado con rayos X para medir cómo se difractaba la luz desde el interior del material.

Finalmente, para examinar y analizar las cantidades absolutas de datos de difracción de rayos X, los investigadores utilizaron una herramienta de análisis de datos de aprendizaje automático llamada X-ray Temperature Clustering (X-TEC). Esto les permitió estudiar miles de picos de CDW: «esta es la primera vez que se analizan las fluctuaciones de CDW a partir de más de un puñado de picos». nota de los investigadores.

A partir de la asimetría del pico CDW, Mallayya y su equipo afirman haber identificado finalmente la existencia de la fase vítrea de Bragg, confirmando experimentalmente su existencia en el mundo real. Esto representa un avance significativo en la comprensión de esta elusiva fase.

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Además de confirmar los modelos existentes, sus técnicas también deberían resultar útiles para futuras investigaciones: la herramienta X-TEC pudo extraer características de los datos con alta precisión y a un ritmo elevado, lo que promete muchos descubrimientos futuros.

«Con herramientas de aprendizaje automático y perspectivas de ciencia de datos, podemos abordar preguntas difíciles y recuperar firmas sutiles mediante un análisis de datos integral». kim dice.

Los hallazgos del equipo fueron publicados en física natural.

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