Une phase étrange de la matière qui n’existait auparavant que dans le domaine théorique a finalement été détectée dans un matériau réel.
C’est ce qu’on appelle la phase vitreuse de Bragg – un arrangement étrange et apparemment paradoxal d’atomes dans un matériau en verre où les particules sont presque aussi ordonnées que celles d’un cristal parfait. Les scientifiques n’étaient même pas sûrs que le verre de Bragg existait, mais il était là, caché dans un alliage de palladium inséré entre des couches de terbium et de tellure (PdXErTe3).
La découverte, dirigée par le physicien Krishnanand Mallayya de l’Université Cornell et publiée dans Physique naturellenon seulement met en lumière la façon dont les matériaux peuvent se comporter, mais démontre également un nouvel ensemble de techniques puissantes pour sonder les structures atomiques de matériaux exotiques.
Les phases en question sont liées à la manière dont les atomes et les molécules sont disposés. Une phase ordonnée à longue portée est une phase dans laquelle les molécules d’un solide cristallin sont disposées selon un motif tridimensionnel net et géométrique. Une phase désordonnée est une phase dans laquelle les atomes composants sont tous mélangés. Les liquides sont désordonnés de cette façon, mais certains solides le sont aussi, comme le verre.
Entre ces dispositions, les physiciens ont prédit l’existence d’une troisième phase. C’est du verre Bragg.
Mallayya et son équipe pensaient pouvoir le trouver dans un matériau contenant un onde de densité de charge (CDW), un phénomène couramment rencontré dans les matériaux bidimensionnels qui décrit la modulation périodique de la densité de charge d’un matériau. Considérez-le comme une « vague » dans la manière dont les électrons sont distribués.
Pour chacune des trois phases, le CDW se comporte différemment. Pour une phase ordonnée à longue portée, la CDW est en corrélation avec la structure du matériau et se poursuit indéfiniment. Pour un état désordonné, il s’effondre sur une distance finie. Pour le verre de Bragg, la corrélation s’effondre – mais plus lentement et sur une distance plus longue que l’état désordonné, ne semblant disparaître qu’à des distances infinies.
« Le défi, » dit la physicienne Eun-Ah Kim de l’Université Cornell, « détecte ces distinctions à partir de données expérimentales qui reflètent également des problèmes réels tels que le bruit et la résolution finie de l’installation expérimentale ».
Détecter la phase a demandé beaucoup de travail. Premièrement, il y avait le matériel ; PDXErTe3 a été soigneusement étudié par des scientifiques du SLAC et de Stanford il y a plusieurs annéeset les chercheurs ont déterminé que cela conviendrait à leurs objectifs.
Pour sonder la structure du matériau, les chercheurs ont envoyé leurs échantillons au Laboratoire National d’Argonne. Là, le PdXErTe3 a été bombardé de rayons X pour mesurer la façon dont la lumière se diffractait de l’intérieur du matériau.
Enfin, pour examiner et analyser les quantités absolues de données de diffraction des rayons X, les chercheurs ont utilisé un apprentissage automatique outil d’analyse de données appelé X-ray Temperature Clustering (X-TEC). Cela leur a permis de sonder des milliers de pics de CDW – « c’est la première fois que les fluctuations de CDW sont analysées à partir de plus d’une poignée de pics ». les chercheurs notent.
À partir de l’asymétrie du pic CDW, Mallayya et son équipe affirment avoir finalement identifié l’existence de la phase vitreuse de Bragg, confirmant expérimentalement son existence dans le monde réel. Cela représente une avancée significative dans la compréhension de cette phase insaisissable.
En plus de confirmer les modèles existants, leurs techniques devraient également s’avérer utiles pour les recherches futures : l’outil X-TEC a pu extraire des caractéristiques des données avec une grande précision, à un rythme élevé, ce qui promet de nombreuses découvertes futures à venir.
« 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 analyse complète des données. » Kim dit.
Les conclusions de l’équipe ont été publiées dans Physique naturelle.
