В привычных трёхмерных материалах лёд превращается в воду мгновенно: при достижении точки плавления жёсткая структура разрушается, и вещество переходит в жидкое состояние. В атомарно тонких кристаллах, толщиной всего в один атом, процесс идёт иначе — через необычное промежуточное состояние.
Учёные Венского университета впервые напрямую наблюдали гексатическую фазу в реальном материале — кристалле йодида серебра толщиной в один атом. В этой фазе расстояния между атомами становятся неупорядоченными, как в жидкости, но углы между ними сохраняют частичную упорядоченность, характерную для твёрдого тела. Такое гибридное состояние было предсказано ещё в 1970-х годах, но до сих пор его удавалось увидеть лишь в модельных системах из шариков.
Чтобы защитить хрупкий кристалл, исследователи поместили его между двумя слоями графена, создав своеобразный «сэндвич». Затем образец нагревали в просвечивающем электронном микроскопе до температуры выше 1100 °C, фиксируя процесс плавления с атомарным разрешением. Нейронные сети помогли отследить движение тысяч отдельных атомов на тысячах кадров.
Оказалось, что гексатическая фаза существует в узком температурном окне — примерно на 25 °C ниже точки плавления йодида серебра. Переход от твёрдого состояния к гексатическому происходит плавно, а вот от гексатического к жидкому — резко, как в обычных материалах. Это противоречит прежним теоретическим ожиданиям и показывает, что плавление в двумерных ковалентных кристаллах сложнее, чем считалось.
Открытие меняет представления о фазовых переходах в двумерных материалах и открывает путь к созданию новых наноструктур с контролируемыми свойствами. Понимание, как ведут себя атомы при плавлении в предельно тонких слоях, важно для будущих технологий — от гибкой электроники до квантовых устройств.
Эксперимент подтвердил: даже в сильно связанных реальных материалах может существовать это elusive промежуточное состояние. Теперь у физиков есть прямое доказательство и инструмент для его изучения.
