二維原子晶體首現固液中間態
2025-12-16 15:11:41
來源：科技日報
奧地利維也納大學科學家主導的一個國際團隊在研究僅有一個原子厚的二維晶體材料時，首次直接觀察到一種介于固體與液體之間的奇特狀態——“六角相”。這一發現不僅深化了科學家對相變過程的理解，也為研究原子尺度材料拓展了全新方向。相關論文發表于新一期《科學》雜志。
用于高溫受控研究的加熱芯片與電氣模塊。圖片來源：物理學家組織網
日常生活中，冰融化成水是典型的固態向液態轉變過程，幾乎所有三維材料均遵循這一規律。然而，當材料厚度減小至近乎二維時，融化過程卻變得不同尋常：在固、液兩相之間，浮現出一種新的中間態，即“六角相”。
早在20世紀70年代，科學家便已預測到“六角相”的存在。它兼具液態與固態的部分特征：顆粒間距如液體般無序，而結構角度卻像固體那樣保持有序。此前，科學家僅能在較大模型系統（如聚苯乙烯球）中觀測到這一物相，而它是否也存在于日常的強結合材料中，一直是未解之謎。
在本次研究中，團隊首次在原子級薄層碘化銀（AgI）晶體中捕捉到該狀態。
團隊借助人工智能神經網絡，對數千張高分辨率圖像中的原子軌跡進行追蹤。通過大量模擬數據訓練后，網絡能精準解析實驗圖像。結果顯示，在低于碘化銀熔點約25℃的狹窄溫區內，清晰出現了“六角相”。進一步的電子衍射檢測也證實了該中間態在二維強結合材料中確實存在。
令人意外的是，實驗發現，固體到六角相的轉變是連續的，而六角相到液體的轉變卻是突變的，類似于冰與水之間的快速相變。這表明，二維共價晶體的熔化機制遠比以往認知更為復雜。
