Physiker Krishnanand Mallayya und sein Team an der Cornell University haben eine bemerkenswerte Entdeckung gemacht, indem sie die Existenz der Bragg-Glas-Phase nachgewiesen haben. Diese Materiephase, die bisher nur theoretisch postuliert wurde, zeigt in bestimmten leitfähigen Materialien einzigartige Eigenschaften. Sie können Strom ohne Energieverlust übertragen, was an einen magischen Effekt erinnert. Auch unter dem Einfluss eines Magneten behalten diese Materialien ihre außergewöhnlichen Fähigkeiten bei und absorbieren magnetische Energie auf sehr geordnete und präzise Weise. Dieser Durchbruch markiert möglicherweise einen signifikanten Wendepunkt in der Physik.
Physik: Bragg-Glas-Phase nachgewiesen
Die Forschenden identifizierten die Phase in einer Legierung aus Palladium, Terbium und Tellur (PdxErTe3). Ihre in Nature Physics veröffentlichte Studie zeigt eine halbgeordnete Struktur in der Bragg-Glas-Phase, gekennzeichnet durch Atome, die fast so geordnet sind wie in einem perfekten Kristall. Dennoch existieren sie in einem glasartigen Zustand.
Die Arbeit des Teams konzentrierte sich auf das Verständnis von Ladungsdichtewellen (CDWs), die die periodische Modulation der Ladungsdichte eines Materials beschreiben, in der Physik. CDWs zeigen in verschiedenen Materialphasen unterschiedliche Verhaltensweisen: Sie zeigen eine unendliche Korrelation in langreichweitig geordneten Phasen, einen endlichen Zusammenbruch in ungeordneten Zuständen und eine allmähliche Abnahme der Korrelation über eine unendliche Entfernung in der Bragg-Glas-Phase.
Um diese Phase nachzuweisen, setzte das Team PdxErTe3 ein, ein Material, das man zuvor aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften untersuchte. Sie unterzogen das Material einer Röntgenbestrahlung am Argonne National Laboratory, um zu messen, wie das Licht von dem Inneren des Materials abgelenkt wurde. Dieser Prozess war entscheidend für die Analyse der atomaren Struktur des Materials und das Verständnis der Anordnung seiner Atome.
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Forscher nutzten modernste Methoden
„Die Herausforderung besteht darin, diese Unterscheidungen anhand von experimentellen Daten zu erkennen, die auch reale Probleme wie Rauschen und die begrenzte Auflösung des Versuchsaufbaus widerspiegeln“, erklärte Eun-Ah Kim, Professorin für Physik (A&S) und Mitautorin der neuen Studie.
Ein bedeutendes Werkzeug in ihrer Forschung war die Röntgen-Temperatur-Clusteranalyse (X-TEC), eine Methode der maschinellen Datenanalyse. X-TEC ermöglichte es den Forscher*innen, Tausende von CDW-Peaks zu analysieren. Diese Methode erwies sich als wesentlich für die Identifizierung der Bragg-Glas-Phase und demonstrierte die Kraft der Kombination von Physik mit fortgeschrittenen Datenanalysetechniken.
„Mithilfe von Werkzeugen des maschinellen Lernens und datenwissenschaftlichen Perspektiven können wir schwierigen Fragen nachgehen und durch eine umfassende Datenanalyse subtile Signaturen aufspüren“, so Kim. Die Analyse der Asymmetrie von CDW-Peaks war der Schlüssel zur Identifizierung der Bragg-Glas-Phase. Dieser Befund unterstützt nicht nur theoretische Modelle, sondern hebt auch die Fähigkeit von maschinellen Lernwerkzeugen hervor, komplexe Muster innerhalb von Daten zu entdecken.
Quellen: „Bragg glass signatures in PdxErTe3 with X-ray diffraction temperature clustering“ (Nature Physics, 2024); Cornell University
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