Гексатична фаза вперше помічена в атомарно тонкому кристалі

Відредаговано: Svitlana Velhush

У звичних тривимірних матеріалах лід перетворюється на воду миттєво: після досягнення точки плавлення жорстка структура руйнується, і речовина переходить у рідкий стан. В атомарно тонких кристалах, завтовшки лише в один атом, процес відбувається інакше — через незвичайний проміжний стан.

Вчені Віденського університету вперше безпосередньо спостерігали гексатичну фазу в реальному матеріалі — кристалі йодиду срібла завтовшки в один атом. У цій фазі відстані між атомами стають невпорядкованими, як у рідині, але кути між ними зберігають часткову впорядкованість, характерну для твердого тіла. Такий гібридний стан було передбачено ще в 1970-х роках, але досі його вдавалося побачити лише в модельних системах із кульок.

Щоб захистити крихкий кристал, дослідники помістили його між двома шарами графену, створивши своєрідний «сендвіч». Потім зразок нагрівали в просвічувальному електронному мікроскопі до температури вище 1100 °C, фіксуючи процес плавлення з атомарною роздільною здатністю. Нейронні мережі допомогли відстежити рух тисяч окремих атомів на тисячах кадрів.

Виявилося, що гексатична фаза існує у вузькому температурному вікні — приблизно на 25 °C нижче точки плавлення йодиду срібла. Перехід від твердого стану до гексатичного відбувається плавно, а ось від гексатичного до рідкого — різко, як у звичайних матеріалах. Це суперечить попереднім теоретичним очікуванням і показує, що плавлення в двовимірних ковалентних кристалах складніше, ніж вважалося.

Відкриття змінює уявлення про фазові переходи в двовимірних матеріалах і відкриває шлях до створення нових наноструктур із контрольованими властивостями. Розуміння того, як поводяться атоми під час плавлення в гранично тонких шарах, важливе для майбутніх технологій — від гнучкої електроніки до квантових пристроїв.

Експеримент підтвердив: навіть у сильно зв'язаних реальних матеріалах може існувати цей невловимий проміжний стан. Тепер у фізиків є прямий доказ і інструмент для його вивчення.

12 Перегляди

Джерела

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

Коментарі

Читайте більше статей на цю тему:

HKUST Researchers Redraw the Boundary between Phases of Matter A research team led by Prof. Haruki WATANABE, Professor in the Department of Physics and the Jockey Club Institute for Advanced Study (IAS) at HKUST, in collaboration with Prof. Yukitoshi MOTOME and graduate student

Image
Reply
Знайшли помилку чи неточність?Ми розглянемо ваші коментарі якомога швидше.