4169
Аналітичний розгляд фазових переходів у двовимірних матеріалах демонструє, що плавлення на атомному рівні може відбуватися складніше, ніж передбачали класичні теорії.
В атомно-тонких матеріалах плавлення не відбувається за звичними правилами. Нові спостереження виявляють швидкоплинний, екзотичний стан між твердим і рідким, що змінює уявлення вчених про фазові переходи у двох вимірах. Джерело: Зображення адаптоване з Thuy An Bui, David Lamprecht і Kimmo Mustonen (2025), CC BY 4.0
У тривимірних системах «фазовий перехід», тобто «зміна агрегатного стану речовини», зазвичай є різким і безперервним у часі. Досягнення температури плавлення призводить до негайної втрати кристалічного порядку. Ця модель вважалася універсальною для більшості матеріалів. Однак вона не повністю описує поведінку ультратонких кристалів.
Дослідники з Віденського університету вперше безпосередньо зафіксували рідкісну «гексатичну фазу», тобто «проміжний стан між твердим і рідким», в атомно тонкому кристалі йодиду срібла. Матеріал був захищений графеном, що дозволило стабілізувати структуру. Спостереження здійснювалися в реальному часі. Результати опубліковані в журналі Science.
Експеримент поєднав скануючу трансмісійну електронну мікроскопію з нагрівальною платформою. Температуру підвищували до понад 1100 °C. Це дало змогу простежити еволюцію кристалічної решітки на атомному рівні. Подібні дані раніше були недоступні для реальних матеріалів.
Для аналізу тисяч зображень застосували нейронні мережі. «Без інструментів штучного інтелекту відстежити окремі атоми було б неможливо», — пояснює Кіммо Мустонен. Алгоритми виявили температурний інтервал, де зберігався орієнтаційний порядок без трансляційної регулярності. Це є характерною ознакою гексатичної фази.
Додаткові дані електронної дифракції підтвердили спостереження. Гексатична фаза виникала приблизно за 25 °C до повного плавлення AgI. Це стало першим доказом існування такого стану в ковалентно зв’язаному двовимірному матеріалі. Таким чином було розв’язано багаторічну теоретичну дискусію.
Неочікуваним виявився характер переходів. Перехід від твердого до гексатичного стану був безперервним. Натомість перехід від гексатичного до рідкого виявився різким. «Це свідчить про складніший механізм плавлення, ніж передбачалося», — зазначає Девід Лампрехт.
Отримані результати змінюють уявлення про фізику двовимірних систем. Вони демонструють, що класичні моделі не завжди застосовні на атомному рівні. Поєднання мікроскопії та штучного інтелекту відкриває нові можливості. Дослідження формує нову основу для матеріалознавства низьких розмірностей.
Вчені вперше побачили рідкісну фазу плавлення атомів з’явилася спочатку на Цікавості.
