مرحلة غريبة من المادة التي كانت موجودة من الناحية النظرية فقط، تبين أنها حقيقية

تم اكتشاف مرحلة غريبة من المادة كانت موجودة سابقًا في العالم النظري فقط، هذه المرحلة موجودة في مادة حقيقية.

تُعرف هذه المرحلة باسم مرحلة زجاج براج Bragg glass – وهي ترتيب غريب ومتناقض على ما يبدو للذرات في مادة زجاجية حيث تكون الجزيئات مرتبة تقريبًا مثل تلك الموجودة في البلورة المثالية. لم يكن العلماء متأكدين من وجود زجاج براج، لكنه كان مختبئًا في سبيكة من البلاديوم تم إدخالها بين طبقات التيربيوم والتيلوريوم (PdxErTe3).

هذا الاكتشاف، الذي قاده الفيزيائي كريشناناند مالايا Krishnanand Mallayya من جامعة كورنيل، ونشر في مجلة Nature Physics، لا يلقي الضوء فقط على الطريقة التي يمكن أن تتصرف بها المواد، بل يوضح أيضًا مجموعة جديدة قوية من التقنيات لسبر الهياكل الذرية للمواد الغريبة.

تتعلق المراحل المعنية بالطريقة التي يتم بها ترتيب الذرات والجزيئات. الطور المنظم طويل المدى هو الطور الذي يتم فيه ترتيب الجزيئات الموجودة في المادة الصلبة البلورية بنمط هندسي أنيق ثلاثي الأبعاد. المرحلة المضطربة هي المرحلة التي تختلط فيها الذرات المكونة. يتم اضطراب السوائل بهذه الطريقة، وكذلك بعض المواد الصلبة، مثل الزجاج.

من بين هذه الترتيبات توقع الفيزيائيون وجود مرحلة ثالثة. هذا هو زجاج براج.

اعتقد مالايا وفريقه أنهم قد يجدونها في مادة تحتوي على موجة كثافة الشحنة (CDW)، وهي ظاهرة شائعة في المواد ثنائية الأبعاد والتي تصف التعديل الدوري لكثافة شحنة المادة. فكر في الأمر على أنه “موجة” في طريقة توزيع الإلكترونات.

يقول الفيزيائي إيون آه كيم Eun-Ah Kim من جامعة كورنيل: “إن التحدي يكمن في اكتشاف هذه الاختلافات من البيانات التجريبية التي تعكس أيضًا قضايا الحياة الواقعية مثل الضوضاء والدقة المحدودة للإعداد التجريبي”.

تطلب الكشف عن المرحلة الكثير من العمل. أولاً، كانت هناك المادة؛ تمت دراسة PdxErTe3 بعناية من قبل العلماء في ستانفورد منذ عدة سنوات، وقرر الباحثون أنه سيكون مناسبًا لأغراضهم.

وللتحقق من بنية المادة، أرسل الباحثون عيناتهم إلى مختبر أرجون الوطني. هناك، تم قصف PdxErTe3 بالأشعة السينية لقياس الطريقة التي ينحرف بها الضوء عن الجزء الداخلي للمادة.

أخيرًا، من أجل دراسة وتحليل الكميات المطلقة من بيانات حيود الأشعة السينية، استخدم الباحثون أداة تحليل بيانات التعلم الآلي تسمى تجميع درجة حرارة الأشعة السينية (X-TEC). وقد سمح لهم ذلك باستكشاف الآلاف من قمم موجة كثافة الشحنة- “وهي المرة الأولى التي يتم فيها تحليل تقلبات موجة كثافة الشحنة من أكثر من حفنة من القمم”، كما لاحظ الباحثون.

من خلال ذروة عدم تناسق موجة كثافة الشحنة، يزعم مالايا وفريقه أنهم حددوا أخيرًا وجود مرحلة زجاج براج، مما يؤكد وجودها بشكل تجريبي في العالم الحقيقي. ويمثل هذا تقدمًا كبيرًا في فهم هذه المرحلة بعيدة المنال.

بصرف النظر عن تأكيد النماذج الحالية، يجب أن تكون تقنياتهم أيضًا مفيدة للبحث المستقبلي: حيث تمكنت أداة X-TEC من استخلاص ميزات من البيانات بدقة عالية، وبمعدل مرتفع، مما يبشر بالعديد من الاكتشافات المستقبلية.

يقول كيم: “باستخدام أدوات التعلم الآلي والمنظورات العلمية للبيانات، يمكننا متابعة الأسئلة الصعبة وتعقب التوقيعات الدقيقة من خلال تحليل شامل للبيانات”.

رابط المقال:

https://www.nature.com/articles/s41567-023-02380-1