Машинное обучение помогло описать особенности скрытого порядка материала

Физики Корнеллского университета использовали комбинацию ультразвука и машинного обучения, чтобы сузить возможные объяснения того, что происходит с силицидом урана-рутения, когда он входит в состояние «скрытого порядка». Статья об открытии опубликована в журнале Science Advances.

В течение последних 30 лет физики пытались понять, что именно происходит с силицидом урана-рутения (URu₂Si₂) при температуре 17,5 Кельвина (-256 °C). Измеряя тепловую мощность и другие характеристики, ученые смогли установить, что он проходит через какой-то фазовый переход, но какой именно, остается загадкой. Физики выдвинули множество теорий, объясняющих это явление, но до сих пор подтвердить ни одну из них не удавалось.

«В этом материале происходит фазовый переход. При этом электроны начинают вести себя по-другому. Мы знаем, что они не переходят в состояние сверхпроводимости, объединяясь в куперовские пары, не меняют магнитного порядка. Но что тогда с ними происходит? Существует множество возможностей — орбитальный порядок, волны плотности заряда, валентные переходы, — но эти различные состояния трудно отличить друг от друга», — говорит один из авторов новой работы Брэд Рэмшоу, адъюнкт-профессор Корнеллского университета.

Исследователи использовали ультразвуковую спектроскопию высокого разрешения для изучения свойств симметрии монокристалла URu₂Si₂ и того, как его свойства изменяются во время скрытого фазового перехода порядка. Большинство фазовых переходов сопровождается изменением свойств симметрии. Эти изменения не всегда очевидны, и их бывает очень трудно обнаружить.

Однако ученые столкнулись с проблемой. Чтобы проанализировать данные измерений, они обычно моделировали эксперимент с помощью волновой механики. Но чтобы изучить самую чистую форму силицида урана-рутения, они должны были использовать более чистый и меньший по размеру образец. Но он был слишком крошечным и обладал слишком большой неопределенностью для анализа методом волновой механики.

Тогда физики воспользовались помощью коллег и создали алгоритм машинного обучения, который мог бы анализировать данные и раскрывать лежащие в их основе закономерности. Результаты работы алгоритма исключили примерно половину из более чем 20 вероятных объяснений скрытого порядка материала. Это еще не решение загадки URu₂Si₂, но новый подход, предложенный исследователями, имеет большой потенциал в решении исследовательских проблем подобного рода.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.