二维原子晶体中新发现固液过渡态

科技日报北京12月9日电 由奥地利维也纳大学牵头的国际研究团队，近期在二维晶体材料领域取得新进展：他们首次在原子级薄层中直接观测到了介于固态与液态之间的特殊结构——“六角相”。这项发现让科学家们对物质相变有了更深入的认识，也为探索原子尺度下的新型材料提供了新的契机。相关成果已发表在最新一期《科学》杂志上。

我们日常所见的冰化为水，是三维固体转变为液体的典型例子，绝大多数常见物质都遵循这一相变模式。但当材料的厚度降至接近二维时，其熔化方式出现了新的变化：固体与液体之间会诞生一种过渡状态，被称为“六角相”。

关于“六角相”理论，早在20世纪70年代就已被提出。其独特之处在于，同时展现了固体和液体的性质：粒子的位置像液态一样缺乏规则，却又保留了类似固态的结构角度顺序。此前，科学家只在较大的粒子系统（比如聚苯乙烯微球）中发现了这种相态，而“六角相”在真实的强结合材料中是否也会出现，始终没有确切答案。

此次实验，研究团队利用原子级厚度的碘化银（AgI）二维晶体，对这一特殊状态进行了首次直接观测。

他们采用人工智能神经网络，分析并追踪了数千张高分辨率的图像中原子的动态轨迹。通过海量模拟训练后，AI网络能够准确地识别实验中的微观变化。最终结果显示，在碘化银熔点下约25℃的极窄温度区间内，出现了“六角相”的明显迹象。此外，电子衍射实验同样证实了这种中间态的真实存在，揭示了二维强结合晶体在熔化时的复杂机制。

更有意思的是，实验表明固态向六角相的过渡是渐进的，并非突变；但六角相向液态的变化，却发生得极为迅速。这一现象类似于冰快速融化成水，说明二维材料的熔化过程比传统认识更加复杂和精细。