За допомогою електронного мікроскопа та штучного інтелекту дослідники змогли на власні очі побачити, як поводяться окремі атоми в матеріалі товщиною всього в один шар, розповідає Science Daily.
Дивіться також В Україні відкрилась перша лабораторія полярної біології
У чому полягає відкриття?
У нашому повсякденному світі процес плавлення здається миттєвим: як тільки температура досягає певної позначки, лід одразу перетворюється на воду, втрачаючи свою жорстку структуру.
Так поводяться майже всі тривимірні об'єкти, від металів до мінералів. Проте на рівні атомів, коли матеріал стає екстремально тонким, правила гри змінюються.
Замість різкого переходу з одного стану в інший з'являється дивна проміжна форма – гексатична фаза і саме її вдалося нарешті зафіксувати науковцям.
Що таке ця "гексатична фаза"?
Цей незвичайний стан передбачили ще у 1970-х роках, але підтвердити його існування в реальних матеріалах із сильними хімічними зв'язками досі не вдавалося.
Гексатична фаза – це справжній гібрид: відстань між частинками в ній стає хаотичною, як у рідині, проте кути між ними залишаються частково впорядкованими, що притаманно твердим тілам. Це підтверджує, що навіть у сильно зв'язаних кристалах може існувати такий невловимий стан.
Щоб побачити цей процес, міжнародна група дослідників розробила унікальний експеримент. Вони помістили шар йодиду срібла (AgI) завтовшки в один атом між двома листами графену, створивши свого роду "захисний сендвіч".
Така конструкція вберегла кристалічну решітку від руйнування, дозволивши їй плавитися природним шляхом. Використовуючи скануючий просвічувальний електронний мікроскоп (STEM), вчені поступово нагрівали зразок до неймовірних 1100 °C.
Як вдалося здійснити відкриття та до чого тут ШІ?
Ключову роль у відкритті відіграли сучасні технології обробки даних. Кіммо Мустонен з Віденського університету зазначив, що без допомоги штучного інтелекту відстежити рух кожного окремого атома було б просто неможливо.
Нейронні мережі проаналізували тисячі зображень високої роздільної здатності, що дозволило зафіксувати гексатичну фазу у вузькому температурному вікні – приблизно за 25 °C до повного плавлення речовини.
Результати дослідження, опубліковані в журналі Science, здивували вчених. Старі теоретичні моделі стверджували, що перехід від твердого стану до гексатичного і далі до рідкого має бути поступовим.
Насправді ж з'ясувалося, що лише перший етап є плавним, тоді як перетворення гексатичної фази на рідину відбувається раптово.