Австрийские физики впервые напрямую наблюдали, как плавится ультратонкий материал на атомном уровне, и обнаружили фазу, поведение которой не укладывается в классические теории двумерного плавления. Речь идёт о монослое иодида серебра, AgI. Исследование провела группа Венского университета с использованием сканирующего просвечивающего электронного микроскопа.
В трёхмерных материалах, таких как лёд или металл, переход в жидкое состояние обычно происходит резко при достижении температуры плавления: кристаллическая решётка быстро разрушается. В двумерных кристаллах ситуация иная — атомы могут двигаться только в одной плоскости, что меняет термодинамику фазовых переходов.
Теория с 1970‑х годов предсказывала для таких систем особое промежуточное состояние — гексатическую фазу. В ней расстояния между атомами становятся беспорядочными, как в жидкости, но углы между связями частично сохраняют порядок, как в твёрдом теле. До сих пор это состояние не удавалось однозначно зафиксировать в реальном материале.
Учёные поместили монослой AgI между двумя листами графена, которые защищали образец и позволяли нагревать его до 1100 °C без разрушения. Внутри микроскопа исследователи по кадрово отслеживали движение отдельных атомов. Примерно за 25 градусов до плавления кристалл действительно переходил в гексатическую фазу, что подтвердило теоретические модели.
Неожиданность возникла на следующем этапе: переход из гексатической фазы в жидкость оказался резким, а не плавным, как предсказывают стандартные теории двумерного плавления. На финальной стадии поведение материала больше напоминало обычное трёхмерное плавление льда. Авторы отмечают, что без инструментов на базе ИИ проследить траектории всех атомов было бы невозможно, сообщает ixbt.com.
Читайте также: