在常见的三维材料中，冰会瞬间变成水：一旦达到熔点，刚性结构便被破坏，物质随即转变为液态。而在厚度仅为一个原子的原子级薄晶体中，这一过程却有所不同——它会经过一种奇特的中间状态。
维也纳大学的科学家首次在真实材料中直接观察到六角相——一种厚度为一个原子的碘化银晶体中的六角相。在这一相中，原子间的距离变得像液体一样无序，但原子间的夹角却仍保持着固体所特有的部分有序性。这种混合状态早在1970年代就已被预言，但此前只能在由小球构成的模型系统中观察到。
为了保护这种脆弱的晶体，研究人员将其置于两层石墨烯之间，制成了一种特殊的“三明治”结构。随后，他们在透射电子显微镜中将样品加热到高于1100 °C的温度，以原子级分辨率记录下熔化过程。神经网络帮助追踪了数千帧画面中数千个单个原子的运动。
结果发现，六角相存在于一个狭窄的温度窗口内——大约比碘化银的熔点低25 °C。从固态到六角相的转变是平缓的，而从六角相到液态的转变则是突变的，与普通材料中的情形一样。这与先前的理论预期相矛盾，并表明二维共价晶体中的熔化过程比人们所认为的更为复杂。
这一发现改变了人们对二维材料中相变的认识，并为创造具有可控特性的新型纳米结构开辟了道路。理解原子在极薄层中熔化时的行为，对于从柔性电子器件到量子设备的未来技术都至关重要。
实验证实：即使在强耦合的真实材料中，这种难以捉摸的中间状态也可能存在。如今，物理学家有了直接的证据以及研究它的工具。
