科學(xué)家首次直接觀測到熔化過程中的神秘中間相態(tài)，這一發(fā)現(xiàn)推翻了長期以來的理論認(rèn)知。

維也納大學(xué)的研究人員以前所未有的精度觀察了超薄材料熔化的全過程。他們的發(fā)現(xiàn)不僅顛覆了關(guān)于該過程的現(xiàn)有認(rèn)知，還可能推動人們對材料相變的理解。

日常材料（如冰、金屬、塑料等）的熔化往往是一個突變過程。當(dāng)達(dá)到熔點時，晶體結(jié)構(gòu)會迅速崩塌并幾乎立即轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w。

但當(dāng)材料變得極?。ń醵S）時，物理規(guī)則會發(fā)生改變。這類材料被視為未來電子器件（尤其是柔性器件）的關(guān)鍵。由于原子只能在平面內(nèi)運動而無法在三維空間重組，熱力學(xué)和熔化規(guī)律在此呈現(xiàn)出不同特性。

這正是"六方相"發(fā)揮作用的場景。在六方相中，原子間距變得不規(guī)則（類似于液體），但相鄰原子間的角度仍保持固態(tài)的有序性。

從這個意義上說，六方相可被比作"晃動的晶體"——既非完全熔化，也非完全固態(tài)。盡管該理論早在20世紀(jì)70年代就已提出，但直到現(xiàn)在才首次在真實自然鍵合材料中直接觀測到這種狀態(tài)。

首次在二維材料中觀測熔化過程

此前，六方相僅在聚苯乙烯微球等"模型系統(tǒng)"中被間接觀測。根據(jù)理論，這類材料從固態(tài)到液態(tài)的轉(zhuǎn)變并非一步完成。

當(dāng)前科學(xué)界認(rèn)為，二維材料的熔化應(yīng)分兩步漸進進行：第一步是通過連續(xù)過程從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱较?；第二步?yīng)是六方相經(jīng)進一步連續(xù)過渡變?yōu)橐后w。為此，維也納大學(xué)團隊著手探究現(xiàn)實中的實際變化過程。

研究團隊將單原子層碘化銀夾在兩層石墨烯之間。石墨烯既保護了原子層，又防止微晶坍塌或卷曲，同時確保安全加熱。

在掃描透射電子顯微鏡中，團隊將材料加熱至1100°C，首次獲得了原子級分辨率的熔化過程視頻。研究人員還借助人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)追蹤每個原子，分析了數(shù)千幀顯示所有原子位置的圖像——這項工作人力幾乎無法完成。

挑戰(zhàn)科學(xué)共識

研究發(fā)現(xiàn)原子在比實際熔點低25°C時進入六方相，這符合當(dāng)前理論預(yù)期。但團隊隨后發(fā)現(xiàn)，從六方相到液體的轉(zhuǎn)變并非預(yù)想中的平滑過渡，而是突然從六方相躍變?yōu)橥耆簯B(tài)。

這一現(xiàn)象與所有主流二維熔化理論相悖。在第二步轉(zhuǎn)變中，材料表現(xiàn)得更像常規(guī)三維熔化（如冰化成水）。現(xiàn)有理論似乎因此受到根本性質(zhì)疑。

該研究同時確立了材料科學(xué)的新標(biāo)準(zhǔn)：實現(xiàn)熔化的原子級直接觀測，并運用人工智能輔助分析結(jié)果。

研究資深作者、維也納大學(xué)的金莫·穆斯托寧指出："若不借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等AI工具，追蹤所有單個原子將是不可能完成的任務(wù)。"維也納大學(xué)兼維也納工業(yè)大學(xué)的戴維·蘭普雷希特補充道："這表明共價鍵二維晶體的熔化過程遠(yuǎn)比此前認(rèn)知的更為復(fù)雜。"

這項突破性研究已發(fā)表于《科學(xué)》期刊，讀者可查閱原始論文獲取詳細(xì)信息。

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