Nei comuni materiali tridimensionali, il ghiaccio si trasforma in acqua istantaneamente: al raggiungimento del punto di fusione, la struttura rigida si rompe e la sostanza passa allo stato liquido. Nei cristalli atomicamente sottili, spessi un solo atomo, il processo avviene diversamente, attraverso uno stato intermedio insolito.
Gli scienziati dell'Università di Vienna hanno osservato per la prima volta direttamente la fase esastica in un materiale reale: un cristallo di ioduro d'argento spesso un solo atomo. In questa fase, le distanze tra gli atomi diventano disordinate, come in un liquido, ma gli angoli tra di essi mantengono un parziale ordine, tipico di un solido. Questo stato ibrido era stato previsto già negli anni 1970, ma fino ad ora era stato possibile osservarlo solo in sistemi modello di sfere.
Per proteggere il fragile cristallo, i ricercatori lo hanno posto tra due strati di grafene, creando una sorta di "sandwich". Successivamente, il campione è stato riscaldato in un microscopio elettronico a trasmissione a una temperatura superiore a 1100 °C, registrando il processo di fusione con risoluzione atomica. Le reti neurali hanno aiutato a tracciare il movimento di migliaia di singoli atomi in migliaia di fotogrammi.
Si è scoperto che la fase esastica esiste in uno stretto intervallo di temperature, circa 25 °C al di sotto del punto di fusione dello ioduro d'argento. Il passaggio dallo stato solido a quello esastico avviene in modo graduale, mentre dal passaggio esastico a quello liquido è brusco, come nei materiali comuni. Ciò contraddice le precedenti aspettative teoriche e dimostra che la fusione nei cristalli covalenti bidimensionali è più complessa di quanto si pensasse.
La scoperta cambia la concezione delle transizioni di fase nei materiali bidimensionali e apre la strada alla creazione di nuove nanostrutture con proprietà controllate. Comprendere come si comportano gli atomi durante la fusione in strati estremamente sottili è importante per le future tecnologie, dall'elettronica flessibile ai dispositivi quantistici.
L'esperimento ha confermato: anche nei materiali reali fortemente legati può esistere questo stato intermedio elusivo. Ora i fisici hanno una prova diretta e uno strumento per studiarlo.
