Странна фаза на материята, която съществува само на теория, се оказва реална

Известна е като фаза Браг стъкло – странно, на пръв поглед парадоксално подреждане на атоми в стъклен материал, където частиците са почти толкова подредени, колкото тези в перфектен кристал. Учените дори не били сигурни, че Браг стъклото съществува, но ето го, криело се в сплав от паладий, поставена между слоевете от тербий и телур (PdxErTe3), пише ScienceAlert.

ОЩЕ: Айнщайн го смяташе за невъзможно: Физици измериха гравитацията в квантов мащаб

Откритието, ръководено от физика Кришнананд Малая от университета „Корнел“ и публикувано в Nature Physics, не само хвърля светлина върху начина, по който материалите могат да се държат, но демонстрира мощен нов набор от техники за изследване на атомните структури на екзотични материали.

Въпросните фази са свързани с начина, по който са подредени атомите и молекулите. Подредена фаза на далечни разстояния е тази, в която молекулите в кристално твърдо вещество са подредени в чист, геометричен, триизмерен модел. Неподредена фаза е тази, в която атомите на компонентите са разбъркани. Течностите са неподредени по този начин, но също и някои твърди вещества като стъклото.

Между тези подредби физиците предсказали съществуването на трета фаза. Това е Браг стъкло.

Малая и неговият екип смятали, че могат да я намерят в материал, който съдържа вълна на плътност на заряда (CDW) – феномен, често срещан в двуизмерни материали, който описва периодичната модулация на плътността на заряда на материала. Мислете за това като за "вълна" в начина, по който се разпределят електроните.

За всяка от трите фази CDW се държи различно. За подредена фаза на далечни разстояния CDW корелира със структурата на материала и продължава за неопределено време. За неподредено състояние тя се разпада на ограничено разстояние. За Bragg стъклото корелацията се разрушава – но по-бавно и на по-голямо разстояние от неподреденото състояние, като изглежда, че изчезва само на безкрайни разстояния.

„Предизвикателството – казва физикът Юн-А Ким от университета „Корнел“ – е откриването на тези разлики от експерименталните данни, които също отразяват проблеми от реалния живот като шум и ограничена разделителна способност на експерименталната настройка.“

Откриването на фазата изисква много работа. Първо, бил проучен материалът PdxErTe3 от учени от SLAC и Станфорд преди няколко години и изследователите решили, че ще бъде подходящ за техните цели.

За да изследват структурата на материала, изследователите изпратили своите проби в Националната лаборатория в Аргон. Там PdxErTe3 бил обстрелван с рентгенови лъчи, за да се измери начинът, по който светлината се дифрактира от вътрешността на материала.

ОЩЕ: Неизвестни видове "супер плътна" материя подозират учени в състава на астероиди

И накрая, за да проучат и анализират абсолютните масиви от данни от рентгенова дифракция, изследователите използвали инструмент за анализ на данни за машинно обучение, наречен X-ray Temperature Clustering (X-TEC). Това им позволило да изследват хиляди пикове на CDW – „за първи път флуктуациите на CDW бяха анализирани от повече от шепа пикове“, отбелязват изследователите.

От пиковата асиметрия на CDW Малайя и неговият екип твърдят, че най-накрая са идентифицирали съществуването на фазата Браг стъкло, експериментално потвърждавайки нейното съществуване в реалния свят. Това представлява значителен напредък в разбирането на тази неуловима фаза.