En los materiales tridimensionales habituales, el hielo se convierte en agua al instante: al alcanzar el punto de fusión, la estructura rígida se desmorona y la sustancia pasa al estado líquido. En los cristales de un solo átomo de grosor, el proceso ocurre de otro modo: a través de un estado intermedio inusual.
Científicos de la Universidad de Viena han observado por primera vez de forma directa la fase hexática en un material real: un cristal de yoduro de plata de un solo átomo de grosor. En esta fase, las distancias entre los átomos se vuelven desordenadas, como en un líquido, pero los ángulos entre ellos conservan un orden parcial, característico de un sólido. Este estado híbrido se había predicho ya en los años 1970, pero hasta ahora solo se había logrado ver en sistemas modelo de esferas.
Para proteger el frágil cristal, los investigadores lo colocaron entre dos capas de grafeno, creando una especie de «sándwich». Después calentaron la muestra en un microscopio electrónico de transmisión hasta una temperatura superior a 1100 °C, registrando el proceso de fusión con resolución atómica. Las redes neuronales ayudaron a seguir el movimiento de miles de átomos individuales en miles de fotogramas.
Resultó que la fase hexática existe en una estrecha ventana de temperatura, aproximadamente a 25 °C por debajo del punto de fusión del yoduro de plata. La transición del estado sólido al hexático ocurre de forma gradual, mientras que la del hexático al líquido es brusca, como en los materiales normales. Esto contradice las expectativas teóricas anteriores y demuestra que la fusión en los cristales covalentes bidimensionales es más compleja de lo que se creía.
El descubrimiento cambia las ideas sobre las transiciones de fase en los materiales bidimensionales y abre el camino a la creación de nuevas nanoestructuras con propiedades controladas. Comprender cómo se comportan los átomos durante la fusión en capas extremadamente finas es importante para las tecnologías futuras, desde la electrónica flexible hasta los dispositivos cuánticos.
El experimento confirmó que incluso en materiales reales fuertemente enlazados puede existir este esquivo estado intermedio. Ahora los físicos cuentan con una prueba directa y una herramienta para estudiarlo.
