Странная фаза материи, существовавшая только в теории, оказалась реальностью
Странная фаза вещества, которая ранее существовала только в теории, наконец была обнаружена в реальном материале. Фаза стекла Брэгга — особое расположение атомов в стеклянном материале, где они почти так же упорядочены, как в кристалле. Ее обнаружили в сплаве палладия, вставленном между слоями тербия и теллурия.
Открытие, сделанное физиком Кришнанандом Маллайей из Корнелльского университета и опубликованное в журнале Nature Physics, не только помогает разобраться в поведении материалов, но и представляет собой мощный инструмент для изучения атомной структуры экзотических материалов.
Фазы, о которых идет речь, связаны с организацией атомов и молекул. В долгосрочно упорядоченной фазе молекулы в кристаллическом твердом веществе располагаются в четкой трехмерной геометрической структуре. В беспорядочной фазе атомы взаимно перемешаны. Жидкости являются примером беспорядочной фазы, а также к ним относятся некоторые твердые материалы, например такие, как стекло. Между этими процессами физики предсказали существование третьей фазы. Это стекло Брэгга.
Маллайя и его команда полагали, что они могут обнаружить это в материале, содержащем плотность заряда, или так называемую заряженную плотность волны (ЗПВ). ЗПВ — явление, которое часто встречается в двумерных материалах и описывает периодическую модуляцию плотности заряда материала. Представьте себе это как «волну» в распределении электронов.
Для каждой из трех фаз ЗПВ ведет себя по-разному. В случае долгосрочно упорядоченной фазы ЗПВ сохраняет связь со структурой материала и продолжает воздействовать на нее бесконечно. В случае неупорядоченного состояния ЗПВ разрушается в пределах ограниченного расстояния. А в случае брэгговского стекла взаимосвязь разрушается медленнее и на более дальнем расстоянии.
Физик Ын-А Ким с Корнелльского университета отмечает, что одной из сложностей является обнаружение этих различий в экспериментальных данных, которые также включают реальные проблемы, такие как шум и ограниченное разрешение экспериментальной установки.
Для обнаружения фазы было проделано много работы. В первую очередь был выбран подходящий материал, он был тщательно исследован несколько лет назад в SLAC и Стэнфордском университете учеными, которые определили его пригодность для данного исследования.
Для изучения структуры материала исследователи отправили образцы в Аргоннскую национальную лабораторию. Там они использовали рентгеновское облучение для измерения дифракции света внутри материала.
Для обработки и анализа объемных данных о дифракции рентгеновских лучей исследователи применили инструмент с использованием машинного обучения, называемый X-ray Temperature Clustering (X-TEC). Это позволило им изучить несколько тысяч пиков флуктуаций в упорядоченной фазе CDW. Стоит отметить, что такой анализ на основе большого числа пиков проводился первый раз.
Маллайя и его команда заявляют, что они наконец-то обнаружили существование фазы Брэгга-стекла и экспериментально подтвердили ее существование в реальном мире. Что представляет собой значительный прогресс в понимании этой неуловимой фазы. Более того, их техника анализа данных, использующая инструмент X-TEC, может быть полезной для будущих исследований в этой области. Их метод позволяет выявлять характерные особенности из экспериментальных данных с высокой точностью и скоростью, что может привести к новым открытиям.
Тепло — враг квантовой неопределенности. Упорядочив поглощающие свет молекулы, физики из Японии сохранили критическое, еще не определенное состояние спинов электронов в течение 100 наносекунд при комнатной температуре. Эта инновация может оказать огромное влияние на прогресс в разработке квантовых технологий, которые не будут зависеть от громоздкого и дорогостоящего охлаждающего оборудования, необходимого в настоящее время для поддержания частиц в так называемой когерентной форме.
