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 これまで理論上のものだった「ブラッグガラス相」という奇妙な物質の相が、現実の物質で確認されたそうだ。

 ブラッグガラス相は、ガラスのような特徴がありながら、ほぼ完璧な結晶となっている、なんだか矛盾しているような奇妙な状態のことだ。

 これまで理論的には存在が予測されながら、本当に存在するのかどうか不明だったが、コーネル大学をはじめとする物理学者チームがついにそれを確認した。

 それはテルビウムとテルルの層の間にパラジウムを差し込んだ合金「PdxErTe3」の中に隠れていたのである。

物質の相とは何か?

 ここでの「相」とは、物質を構成する原子や分子が並んでいる様子を表したものだ。

 たとえば「長距離秩序相」とは、原子がどこまでも整然とした規則的なパターンで並んでいる状態のことだ。

 その反対に「無秩序相」なら、原子はごちゃまぜで、規則的なパターンはない。たとえば、水のような液体がそうだが、ガラスのような固体なのに無秩序な物質もある。

 「ブラッグガラス相」はその中間にあるもので、ガラスのような特徴がありながら、ほぼ完璧な結晶となっている相だ。

 過去の研究によって、無秩序なところでの渦糸格子や電荷密度波系において発生すると予測されていた。
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image credit:Mallayya et al., Nat. Phys., 2024

ブラッグガラス相の発見

 コーネル大学などの研究チームは、この奇妙なブラッグガラス相は「電荷密度波(CDW)」がある物質で見つかるのではと考えた。

 電荷密度波とは、物質の電荷密度が周期的に高くなったり低くなったりして、波のように見えることだ。ひとまず電子の分布の「波」と理解してもらいたい。

 3種の相では、電荷密度波の振る舞いがそれぞれ違っている。

 たとえば秩序相では、波とその構造との相互が無限に続いていく。その反対に、無秩序相では、波の相関が無限には続かず、どこかの距離で壊れる。

 ブラッグガラス相の場合、波の相関がきちんと崩れる。ところが、それがあまりにもゆっくりしていて、まるで無限に広がるかのよう見える。

 現実にブラッグガラス相かどうか確認するには、実験データからその微妙な違いを検出せねばならい。これはそう簡単なことではなかった。

 ブラッグガラス相探しの対象となったのは、「PdxErTe3」という特殊な合金だ。これは数年前にSLAC国立加速器研究所とスタンフォード大学の研究者によって念入りに調べられ、幻の相発見の有望な候補とされていた。

 研究チームは、PdxErTe3にX線を照射し、物質内部で起きた光の回折を測定。さらに秘密兵器として利用されたのが、その解析を担当した機械学習ツール「X-TEC」だ。

 これによって電荷密度波のピークが何千も調べられ、これに基づき、それまで理論上のものだったブラッグガラス相の実在が確認された。
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長距離秩序相、ブラッグガラス相、秩序相の特性を示したグラフ/Mallayya et al., Nat. Phys., 2024

 とらえどころのない相だが、その痕跡がデータに刻まれていることに気づけたのは、機械学習を利用したツールによるところが大きい。

 コーネル大学のEun-Ah Kim氏は次のように語っている。

 「機械学習ツールとデータ科学的な視点を用いることで、包括的なデータ分析を通じて繊細なサインを突き止めるという、難問に挑むことができます」

 この研究は『Nature Physics』(2024年2月9日付)に掲載された。


追記:(2024/03/01)本文を一部訂正して再送します。
References:Physicists detect elusive ‘Bragg glass’ phase with machine learning tool / Strange Phase of Matter That Only Existed in Theory Turns Out to Be Real / written by hiroching / edited by / parumo
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コメント

1

1. 匿名処理班

  • 2024年03月01日 09:02
  • ID:PP2BqrII0 #

ほうほう、してその応用は・・・

2

2. 匿名処理班

  • 2024年03月01日 09:32
  • ID:k1YBzn..0 #

ブラックガラスに見えてそう思い込んでる人は素直に手を上げなさい

3

3. 匿名処理班

  • 2024年03月01日 09:38
  • ID:035tbU2G0 #

なるほど、分からん。

4

4.

  • 2024年03月01日 10:11
  • ID:GwcyJe190 #
5

5. 匿名処理班

  • 2024年03月01日 10:26
  • ID:OagIjT9l0 #

>>2

6

6. 匿名処理班

  • 2024年03月01日 10:47
  • ID:E2pcJNAy0 #

>>2
てへ

7

7. 匿名処理班

  • 2024年03月01日 10:51
  • ID:klAQzPCx0 #

なるほど
つまり理論上存在するハズの俺の髪も実在の可能性がある・・・と

8

8. 匿名処理班

  • 2024年03月01日 11:24
  • ID:erPzqlcF0 #

>>1
たぶんだけど、ガラスを使う部品の精度が上がるかな?
例えばこのガラスでレンズをつくったりそういうの。
最先端の半導体製造工場でもそうだし、天体観測のレンズにつかっても精度は上がるかと

9

9. 匿名処理班

  • 2024年03月01日 12:13
  • ID:0fPcrbvz0 #

>>2
ブラッグ(Bragg)で単語に馴染みがなさすぎて、分かってもブラック(Black)に脳内変換されてしまうんです。私は悪くありません

10

10. 匿名処理班

  • 2024年03月01日 12:17
  • ID:ck2QnmYG0 #

>>7 残念ながら…

11

11. 匿名処理班

  • 2024年03月01日 12:21
  • ID:N.S7W9390 #

>>7
ただし人間の目には映らないのですよね

12

12.

  • 2024年03月01日 12:52
  • ID:Mf2HRcDv0 #
13

13. 匿名処理班

  • 2024年03月01日 12:58
  • ID:1gm08jkL0 #

原子が規則正しく並んでカチコチに堅い状態(結晶)



原子が幾らか動けるようになって規則性が無くなったけどまだ固体状態(ガラス)



さらに動けるようになってプニプニな状態(ゴム)



もう溶けちゃう(融点)

読んだ限りでは結晶とガラスの間の状態がありますってことで
あと解析に機械学習を使用しました、って事でしょうね。

14

14. 匿名処理班

  • 2024年03月01日 13:16
  • ID:.68i.UI90 #

どれどれ、見て進ぜよう 当たるも八卦当たらぬも八卦

15

15. 匿名処理班

  • 2024年03月01日 18:33
  • ID:.Ld7.5nN0 #

記事で触れられている相変化について水についても似たような現象がありますよね。

水が固体から液体に変化するときの不思議な特性として、液体の相から別の相に移る際にガラス転移現象を起こすタイミングが不明とされていますよね。

具体的には固体と液体の間の状態で起こり、短い時間スケールの中では水はガラスのように振る舞い個体のように見えるものの、実際はゆっくりと液体状態に融解しようとしているというもの。

16

16. 匿名処理班

  • 2024年03月01日 19:54
  • ID:.68i.UI90 #

>>15
相転移かな

17

17.

  • 2024年03月01日 22:36
  • ID:y6aPNTjz0 #
18

18. 匿名処理班

  • 2024年03月02日 05:41
  • ID:ZIQqThXa0 #

物理はダメなので・・・よくわかりません

ただ、相がガラス状態なのに、ブラッグ条件が成り立って、回折できるってこと
なのかなぁと、単純に思ったぐらいで・・・

19

19.

  • 2024年03月02日 12:11
  • ID:FNMDhWjS0 #
20

20. 匿名処理班

  • 2024年03月03日 02:27
  • ID:GjMDwThR0 #

>>18
非晶質体のなかにd=2nλのブラッグ反射が観測できる程度に
規則的な部分が一部存在するという単純な話・・・ではなさそう。

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