Dans les matériaux tridimensionnels habituels, la glace se transforme en eau instantanément : lorsque le point de fusion est atteint, la structure rigide se désagrège et la substance passe à l'état liquide. Dans les cristaux d'une épaisseur d'un seul atome, le processus se déroule autrement — par un état intermédiaire inhabituel.
Des scientifiques de l'Université de Vienne ont observé pour la première fois directement la phase hexatique dans un matériau réel — un cristal d'iodure d'argent d'une épaisseur d'un seul atome. Dans cette phase, les distances entre les atomes deviennent désordonnées, comme dans un liquide, mais les angles entre eux conservent un ordre partiel, caractéristique d'un solide. Un tel état hybride avait été prédit dès les années 1970, mais jusqu'à présent on n'avait pu l'observer que dans des systèmes modèles constitués de billes.
Pour protéger le cristal fragile, les chercheurs l'ont placé entre deux couches de graphène, créant une sorte de « sandwich ». Ensuite, l'échantillon a été chauffé dans un microscope électronique à transmission jusqu'à une température supérieure à 1100 °C, en enregistrant le processus de fusion avec une résolution atomique. Des réseaux de neurones ont permis de suivre le mouvement de milliers d'atomes individuels sur des milliers d'images.
Il s'est avéré que la phase hexatique existe dans une étroite fenêtre de température — environ 25 °C en dessous du point de fusion de l'iodure d'argent. La transition de l'état solide à l'état hexatique se fait progressivement, tandis que celle de l'état hexatique à l'état liquide est brutale, comme dans les matériaux ordinaires. Cela contredit les attentes théoriques antérieures et montre que la fusion dans les cristaux covalents bidimensionnels est plus complexe qu'on ne le pensait.
Cette découverte change notre compréhension des transitions de phase dans les matériaux bidimensionnels et ouvre la voie à la création de nouvelles nanostructures aux propriétés contrôlées. Comprendre comment les atomes se comportent lors de la fusion dans des couches d'une finesse extrême est important pour les technologies futures — de l'électronique flexible aux dispositifs quantiques.
L'expérience l'a confirmé : même dans des matériaux réels fortement liés, cet état intermédiaire insaisissable peut exister. Les physiciens disposent désormais d'une preuve directe et d'un outil pour l'étudier.
