Учёные впервые наблюдали экзотическую фазу между твёрдым и жидким состоянием в ультратонких материалах

Исследователи из Венского университета впервые напрямую наблюдали экзотическое промежуточное состояние вещества, известное как гексатическая фаза, в атомарно тонком кристалле. Это состояние возникает между твёрдым и жидким состоянием в двумерных материалах и было предсказано ещё в 1970-х годах.

Нагревательная ступень Protochips Fusion и чип, использованные для контролируемых высокотемпературных исследований в вакууме микроскопа. Автор: Яни Котакоски.

В отличие от быстрого перехода льда в воду, в сверхтонких материалах процесс плавления меняется. Учёные смогли заснять этот процесс в кристалле иодида серебра (AgI), защищённом графеном, с помощью передового просвечивающего электронного микроскопа и нейронных сетей.

Художественная иллюстрация кристалла иодида серебра, приближающегося к температуре плавления. Авторы: Туи Ан Буй, Давид Лампрехт и Киммо Мустонен, CC BY 4.0.

Плавление в «графеновом сэндвиче»

Для исследования хрупкий однослойный иодид серебра был помещён между двумя листами графена, что позволило нагревать его до температуры выше 1100°C, не разрушая структуру. Нейронные сети помогли отследить движение тысяч атомов в реальном времени.

Анализ показал, что в узком температурном окне (примерно на 25°C ниже точки плавления AgI) возникает отчётливая гексатическая фаза. В этом состоянии расстояния между частицами неупорядочены, как в жидкости, но углы между ними сохраняют относительный порядок, как в твёрдом теле.

Неожиданный результат

Исследование выявило несоответствие с предыдущими теориями. Хотя переход из твёрдого состояния в гексатическое оказался плавным, переход из гексатической фазы в жидкость был резким, подобно таянию льда. Это указывает на более сложную природу плавления в двумерных ковалентных кристаллах.

Результаты работы, опубликованные в журнале Science, не только подтверждают существование гексатической фазы в прочно связанных материалах, но и демонстрируют потенциал сочетания передовой микроскопии и искусственного интеллекта в материаловедении.

Больше информации: Thuy An Bui et al, Hexatic phase in covalent two-dimensional silver iodide, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adv7915. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2501.05759

Источник: University of Vienna