Faza heksatyczna po raz pierwszy zaobserwowana w krysztale o grubości jednego atomu

Edytowane przez: Svitlana Velhush

W typowych trójwymiarowych materiałach lód zamienia się w wodę natychmiast: po osiągnięciu temperatury topnienia sztywna struktura ulega zniszczeniu i substancja przechodzi w stan ciekły. W kryształach o grubości zaledwie jednego atomu proces przebiega inaczej — poprzez niezwykły stan pośredni.

Naukowcy z Uniwersytetu Wiedeńskiego po raz pierwszy bezpośrednio zaobserwowali fazę heksatyczną w rzeczywistym materiale — krysztale jodku srebra o grubości jednego atomu. W tej fazie odległości między atomami stają się nieuporządkowane, jak w cieczy, ale kąty między nimi zachowują częściowe uporządkowanie charakterystyczne dla ciała stałego. Taki hybrydowy stan przewidziano już w latach 1970, ale dotąd udawało się go zobaczyć jedynie w układach modelowych z kulek.

Aby ochronić kruchy kryształ, badacze umieścili go między dwiema warstwami grafenu, tworząc swoistą „kanapkę”. Następnie próbkę podgrzewano w transmisyjnym mikroskopie elektronowym do temperatury powyżej 1100 °C, rejestrując proces topnienia z rozdzielczością atomową. Sieci neuronowe pomogły prześledzić ruch tysięcy pojedynczych atomów na tysiącach klatek.

Okazało się, że faza heksatyczna istnieje w wąskim oknie temperaturowym — około 25 °C poniżej temperatury topnienia jodku srebra. Przejście od stanu stałego do heksatycznego przebiega łagodnie, natomiast od heksatycznego do ciekłego — gwałtownie, jak w zwykłych materiałach. Przeczy to wcześniejszym oczekiwaniom teoretycznym i pokazuje, że topnienie w dwuwymiarowych kryształach kowalencyjnych jest bardziej złożone, niż sądzono.

Odkrycie zmienia wyobrażenia o przejściach fazowych w materiałach dwuwymiarowych i otwiera drogę do tworzenia nowych nanostruktur o kontrolowanych właściwościach. Zrozumienie, jak zachowują się atomy podczas topnienia w warstwach o ekstremalnie małej grubości, jest ważne dla przyszłych technologii — od elektroniki elastycznej po urządzenia kwantowe.

Eksperyment potwierdził: nawet w silnie związanych rzeczywistych materiałach może istnieć ten nieuchwytny stan pośredni. Teraz fizycy mają bezpośredni dowód i narzędzie do jego badania.

25 Wyświetlenia

Źródła

  • A strange in-between state of matter is finally observed

Komentarze

Czytaj więcej artykułów na ten temat:

Czy znalazłeś błąd lub niedokładność?Rozważymy Twoje uwagi tak szybko, jak to możliwe.