奧地利維也納大學(xué)科學(xué)家主導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)在研究?jī)H有一個(gè)原子厚的二維晶體材料時(shí)，首次直接觀察到一種介于固體與液體之間的奇特狀態(tài)——“六角相”。這一發(fā)現(xiàn)不僅深化了科學(xué)家對(duì)相變過(guò)程的理解，也為研究原子尺度材料拓展了全新方向。相關(guān)論文發(fā)表于新一期《科學(xué)》雜志。

用于高溫受控研究的加熱芯片與電氣模塊。圖片來(lái)源：物理學(xué)家組織網(wǎng)

日常生活中，冰融化成水是典型的固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程，幾乎所有三維材料均遵循這一規(guī)律。然而，當(dāng)材料厚度減小至近乎二維時(shí)，融化過(guò)程卻變得不同尋常：在固、液兩相之間，浮現(xiàn)出一種新的中間態(tài)，即“六角相”。

早在20世紀(jì)70年代，科學(xué)家便已預(yù)測(cè)到“六角相”的存在。它兼具液態(tài)與固態(tài)的部分特征：顆粒間距如液體般無(wú)序，而結(jié)構(gòu)角度卻像固體那樣保持有序。此前，科學(xué)家僅能在較大模型系統(tǒng)（如聚苯乙烯球）中觀測(cè)到這一物相，而它是否也存在于日常的強(qiáng)結(jié)合材料中，一直是未解之謎。

在本次研究中，團(tuán)隊(duì)首次在原子級(jí)薄層碘化銀（AgI）晶體中捕捉到該狀態(tài)。

團(tuán)隊(duì)借助人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)數(shù)千張高分辨率圖像中的原子軌跡進(jìn)行追蹤。通過(guò)大量模擬數(shù)據(jù)訓(xùn)練后，網(wǎng)絡(luò)能精準(zhǔn)解析實(shí)驗(yàn)圖像。結(jié)果顯示，在低于碘化銀熔點(diǎn)約25℃的狹窄溫區(qū)內(nèi)，清晰出現(xiàn)了“六角相”。進(jìn)一步的電子衍射檢測(cè)也證實(shí)了該中間態(tài)在二維強(qiáng)結(jié)合材料中確實(shí)存在。

令人意外的是，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，固體到六角相的轉(zhuǎn)變是連續(xù)的，而六角相到液體的轉(zhuǎn)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(jià)晶體的熔化機(jī)制遠(yuǎn)比以往認(rèn)知更為復(fù)雜。