Bu, Bragg cam fazı olarak biliniyor – parçacıkların neredeyse mükemmel bir kristaldeki kadar düzenli olduğu bir cam malzemedeki atomların garip, görünüşte paradoksal bir düzenlemesi. Bilim insanları Bragg camının varlığından bile emin değillerdi ancak terbiyum ve tellür (PdxErTe3) katmanları arasına yerleştirilmiş bir paladyum alaşımında saklanıyordu.
Cornell Üniversitesi'nden fizikçi Krishnanand Mallayya tarafından yönetilen ve Nature Physics'te yayınlanan keşif, sadece malzemelerin nasıl davranabileceğine ışık tutmakla kalmıyor, aynı zamanda egzotik malzemelerin atomik yapılarını araştırmak için güçlü bir dizi yeni teknik gösteriyor.
Söz konusu fazlar, atomların ve moleküllerin düzenlenme biçimiyle ilgilidir. Uzun menzilli düzenli bir faz, kristal bir katıdaki moleküllerin düzgün, geometrik, üç boyutlu bir düzende düzenlendiği bir fazdır. Düzensiz bir faz ise bileşen atomlarının karmakarışık olduğu bir fazdır. Sıvılar bu şekilde düzensizdir, ancak cam gibi bazı katılar da öyledir.
Bu düzenlemeler arasında fizikçiler üçüncü bir fazın varlığını öngörmüşlerdir. İşte bu Bragg camı.
Mallayya ve ekibi bunu, bir malzemenin yük yoğunluğunun periyodik modülasyonunu tanımlayan iki boyutlu malzemelerde yaygın olarak bulunan bir fenomen olan yük yoğunluğu dalgası (CDW) içeren bir malzemede bulabileceklerini düşündüler. Bunu elektronların dağılma şeklindeki bir 'dalga' olarak düşünün.
Üç fazın her biri için CDW farklı şekilde davranır. Uzun menzilli düzenli bir faz için, CDW malzemenin yapısı ile ilişkilidir ve sonsuza kadar devam eder. Düzensiz bir durum için, sonlu bir mesafe içinde bozulur. Bragg camı için, korelasyon bozulur – ancak düzensiz durumdan daha yavaş ve daha uzun bir mesafe boyunca, sadece sonsuz mesafelerde kaybolur gibi görünür.
"Cornell Üniversitesi'nden fizikçi Eun-Ah Kim, "Buradaki zorluk, gürültü ve deney düzeneğinin sınırlı çözünürlüğü gibi gerçek hayattaki sorunları da yansıtan deneysel verilerden bu ayrımları tespit etmektir" diyor.
Fazı tespit etmek çok fazla çalışma gerektirdi. İlk olarak malzeme üzerinde çalışıldı; PdxErTe3 birkaç yıl önce SLAC ve Stanford'daki bilim insanları tarafından dikkatle incelendi ve araştırmacılar amaçlarına uygun olacağını belirledi.
Malzemenin yapısını incelemek için araştırmacılar örneklerini Argonne Ulusal Laboratuvarı'na gönderdiler. Orada, PdxErTe3 X-ışınları ile bombardımana tutularak ışığın malzemenin iç kısmından nasıl yayıldığı ölçüldü.
Son olarak, araştırmacılar X-ışını kırınım verilerinin mutlak yığınlarını incelemek ve analiz etmek için X-ışını Sıcaklık Kümelemesi (X-TEC) adı verilen bir makine öğrenimi veri analizi aracı kullandılar. Araştırmacılar, bu sayede binlerce CDW pikinin incelenebildiğini ve "CDW dalgalanmalarının ilk kez bir avuçtan fazla pik üzerinden analiz edildiğini" belirtiyor.
Mallayya ve ekibi, CDW pik asimetrisinden yola çıkarak Bragg cam fazının varlığını nihayet tespit ettiklerini ve gerçek dünyadaki varlığını deneysel olarak doğruladıklarını iddia ediyor. Bu, bu zor aşamanın anlaşılmasında önemli bir ilerlemeyi temsil ediyor.
Mevcut modelleri doğrulamanın yanı sıra, kullandıkları teknikler gelecekteki araştırmalar için de faydalı olacaktır: X-TEC aracı, verilerden yüksek hassasiyetle ve yüksek oranda özellikler çıkarabildi ve bu da gelecekte birçok keşif yapılacağını vaat ediyor.