在常見的三維材料中，冰會瞬間變成水：一旦達到熔點，剛性的結構便會瓦解，物質轉為液態。而在厚度僅一個原子的原子級薄晶體中，過程卻有所不同——它會經過一種不尋常的中間狀態。
維也納大學的科學家首次在真實材料中直接觀察到六角相——那是一塊厚度僅一個原子的碘化銀晶體。在此相中，原子之間的距離變得如液體般無序，但它們之間的角度卻仍保有固體所特有的部分有序性。這種混合狀態早在1970年代便已被預測，但迄今只能在由小球構成的模型系統中見到。
為了保護脆弱的晶體，研究人員將其置於兩層石墨烯之間，形成一種特殊的「三明治」結構。隨後，他們在穿透式電子顯微鏡中將樣品加熱至超過1100 °C的溫度，並以原子級解析度記錄熔化過程。神經網路協助追蹤了數千幀影像中數千個個別原子的運動。
結果發現，六角相存在於一個狹窄的溫度區間內——大約比碘化銀的熔點低25 °C。從固態到六角相的轉變是漸進的，而從六角相到液態的轉變則是急遽的，一如普通材料。這與先前的理論預期相矛盾，並顯示二維共價晶體中的熔化比過去所認為的更為複雜。
這項發現改變了人們對二維材料中相變的認識，並為創造具有可控特性的新型奈米結構開闢了道路。理解原子在極薄層中熔化時的行為，對未來的技術至關重要——從柔性電子到量子裝置皆然。
這項實驗證實：即使在強鍵結的真實材料中，這種難以捉摸的中間狀態也可能存在。如今，物理學家不僅有了直接的證據，也有了研究它的工具。
