乍一看，玻璃和水晶可能看起來很相似，然而，當放在顯微鏡下觀察時，它們的結構有很大的不同。晶體具有完美有序和重復的原子模式，而玻璃則是類似流體的無序結構。

在物理學中，玻璃態(tài)被認為是物質的一種特殊形式。在短時間玻璃表現(xiàn)得很像固體。然而，在較長一段時間內(nèi)，玻璃表現(xiàn)得更像液體。它正好存在于固體和液體的交匯處，這使得它們的性質難以用傳統(tǒng)的物質分類來描述。

長期以來，量子研究人員和科學家一直對玻璃從液體到特殊固體形態(tài)的轉變感到困惑。更難以捉摸的是被稱為“布拉格玻璃”的物質態(tài)，它同時表現(xiàn)出有序和無序結構的結構特征。

人工智能和機器學習領域的最新進展為科學家們解開長期存在的科學謎團提供了機會。人工智能和機器學習算法可以篩選大量數(shù)據(jù)集，以識別復雜的相關性，并發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)分析方法無法實現(xiàn)的模式。

美國能源部(DOE)阿貢國家實驗室的科學家們與斯坦福大學和康奈爾大學的合作者一起，利用機器學習發(fā)現(xiàn)了實驗證據(jù)，證明了材料中存在布拉格玻璃態(tài)。

利用大量的x射線散射數(shù)據(jù)和康奈爾大學開發(fā)的一種新的機器學習數(shù)據(jù)分析工具，科學家們能夠研究玻璃的性質。雖然布拉格玻璃態(tài)的理論預測已經(jīng)有三十多年了，但具體的實驗證據(jù)一直缺乏，直到現(xiàn)在。

“我們可以在短時間內(nèi)收集大量的x射線數(shù)據(jù)，而人工分析這些數(shù)據(jù)可能會導致只見樹木不見森林。”阿貢國家實驗室材料科學部的高級物理學家、該研究的作者之一Ray Osborn說，“結合尖端的x射線和計算技術，我們能夠發(fā)現(xiàn)布拉格玻璃態(tài)獨有的特征。”

在這個實驗中，科學家們在ErTe3的晶體基中尋找難以捉摸的布拉格玻璃態(tài)，眾所周知，ErTe3的結構具有特定的遠程秩序，科學家稱之為電荷密度波(CDW)。

大約三十年前，理論上認為，如果一些“混沌”可以引入到結構的其他有序狀態(tài)，CDW材料可以承載布拉格玻璃態(tài)。在這個實驗中，科學家們將鈀原子隨機分布到結構中，以制造一些無序。

對無序樣品進行x射線散射，并記錄每個晶體的三維結構數(shù)據(jù)。在30K至300K的溫度范圍內(nèi)收集數(shù)據(jù)樣本，以分析結構如何變化。

然后使用機器學習工具分析了數(shù)百Gb的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)證實，在一定的過渡溫度下，樣本凍結成具有大量遠程秩序的狀態(tài)，同時也顯示出局部特征。這證實了布拉格玻璃態(tài)的實驗檢測。

從這個實驗中得到的見解也突出了人工智能和機器學習算法在數(shù)字時代科學發(fā)現(xiàn)中的力量。這一發(fā)現(xiàn)有助于更好地從根本上理解物質的相變。它還有助于超導和磁性領域的進步。此外，研究結果還可以用于開發(fā)各種應用的新材料。