Estranha fase da matéria que só existia na teoria acaba se revelando real: WebCuriosos

Uma estranha fase da matéria que anteriormente existia puramente no domínio da teoria foi finalmente detectada num material real.

É conhecida como fase vítrea de Bragg – um arranjo estranho e aparentemente paradoxal de átomos em um material de vidro, onde as partículas são quase tão ordenadas quanto as de um cristal perfeito. Os cientistas nem tinham certeza da existência do vidro de Bragg, mas lá estava ele, escondido em uma liga de paládio inserida entre camadas de térbio e telúrio (Pd_xErTe₃).

A descoberta, liderada pelo físico Krishnanand Mallayya, da Universidade Cornell, e publicada em Física da Naturezanão apenas esclarece como os materiais podem se comportar, mas também demonstra um novo e poderoso conjunto de técnicas para sondar as estruturas atômicas de materiais exóticos.

As fases em questão têm a ver com a forma como os átomos e as moléculas estão dispostos. Uma fase ordenada de longo alcance é aquela em que as moléculas em um sólido cristalino estão dispostas em um padrão tridimensional geométrico e organizado. Uma fase desordenada é aquela em que os átomos componentes estão todos misturados. Os líquidos são desordenados desta forma, mas o mesmo acontece com alguns sólidos, como vidro.

Entre esses arranjos, os físicos previram a existência de uma terceira fase. Esse é o vidro Bragg.

Mallayya e sua equipe pensaram que poderiam encontrá-lo em um material que contém um onda de densidade de carga (CDW), um fenômeno comumente encontrado em materiais bidimensionais que descreve a modulação periódica da densidade de carga de um material. Pense nisso como uma 'onda' na forma como os elétrons são distribuídos.

Para cada uma das três fases, o CDW se comporta de maneira diferente. Para uma fase ordenada de longo alcance, o CDW se correlaciona com a estrutura do material e continua indefinidamente. Para um estado desordenado, ele se decompõe dentro de uma distância finita. Para o vidro de Bragg, a correlação se desfaz – mas mais lentamente e ao longo de uma distância maior do que o estado desordenado, apenas parecendo desaparecer em distâncias infinitas.

“O desafio,” diz a física Eun-Ah Kim da Universidade Cornell, “está detectando essas distinções a partir de dados experimentais que também refletem questões da vida real, como ruído e resolução finita da configuração experimental”.

Detectar a fase exigiu muito trabalho. Primeiro, havia o material; PD_xErTe₃ foi cuidadosamente estudado por cientistas do SLAC e Stanford há vários anose os pesquisadores determinaram que seria adequado para seus propósitos.

Para sondar a estrutura do material, os pesquisadores enviaram suas amostras ao Laboratório Nacional de Argonne. Aí, o PD_xErTe₃ foi bombardeado com raios X para medir a maneira como a luz difratava do interior do material.

Finalmente, para examinar e analisar a quantidade absoluta de dados de difração de raios X, os pesquisadores usaram uma ferramenta de análise de dados de aprendizado de máquina chamada X-ray Temperature Clustering (X-TEC). Isto permitiu-lhes sondar milhares de picos de CDW – “a primeira vez que as flutuações de CDW foram analisadas a partir de mais de um punhado de picos”, os pesquisadores observam.

A partir da assimetria do pico do CDW, Mallayya e sua equipe afirmam ter finalmente identificado a existência da fase de vidro de Bragg, confirmando experimentalmente sua existência no mundo real. Isto representa um avanço significativo na compreensão desta fase indescritível.

Além de confirmar os modelos existentes, as suas técnicas também devem ser úteis para pesquisas futuras: a ferramenta X-TEC foi capaz de extrair características dos dados com alta precisão, a uma taxa elevada, o que promete muitas descobertas futuras.

“Usando ferramentas de aprendizado de máquina e perspectivas científicas de dados, podemos ir atrás de questões desafiadoras e rastrear assinaturas sutis por meio de uma análise de dados abrangente”, Kim diz.

As descobertas da equipe foram publicadas em Física da Natureza.