С помощью электронного микроскопа и искусственного интеллекта исследователи смогли воочию увидеть, как ведут себя отдельные атомы в материале толщиной всего в один слой, рассказывает Science Daily.
Смотрите также В Украине открылась первая лаборатория полярной биологии
В чем заключается открытие?
В нашем повседневном мире процесс плавления кажется мгновенным: как только температура достигает определенной отметки, лед сразу превращается в воду, теряя свою жесткую структуру.
Так ведут себя почти все трехмерные объекты, от металлов до минералов. Однако на уровне атомов, когда материал становится экстремально тонким, правила игры меняются.
Вместо резкого перехода из одного состояния в другое появляется странная промежуточная форма – гексатическая фаза и именно ее удалось наконец-то зафиксировать ученым.
Что такое эта "гексатическая фаза"?
Это необычное состояние предсказали еще в 1970-х годах, но подтвердить его существование в реальных материалах с сильными химическими связями до сих пор не удавалось.
Гексатическая фаза – это настоящий гибрид: расстояние между частицами в ней становится хаотичным, как в жидкости, однако углы между ними остаются частично упорядоченными, что присуще твердым телам. Это подтверждает, что даже в сильно связанных кристаллах может существовать такое неуловимое состояние.
Чтобы увидеть этот процесс, международная группа исследователей разработала уникальный эксперимент. Они поместили слой йодида серебра (AgI) толщиной в один атом между двумя листами графена, создав своего рода "защитный сэндвич".
Такая конструкция уберегла кристаллическую решетку от разрушения, позволив ей плавиться естественным путем. Используя сканирующий просвечивающий электронный микроскоп (STEM), ученые постепенно нагревали образец до невероятных 1100 °C.
Как удалось совершить открытие и при чем здесь ИИ?
Ключевую роль в открытии сыграли современные технологии обработки данных. Киммо Мустонен из Венского университета отметил, что без помощи искусственного интеллекта отследить движение каждого отдельного атома было бы просто невозможно.
Нейронные сети проанализировали тысячи изображений высокого разрешения, что позволило зафиксировать гексатическую фазу в узком температурном окне – примерно за 25 °C до полного плавления вещества.
Результаты исследования, опубликованы в журнале Science, удивили ученых. Старые теоретические модели утверждали, что переход от твердого состояния к гексатическому и далее к жидкому должен быть постепенным.
На самом же деле выяснилось, что лишь первый этап является плавным, тогда как превращение гексатической фазы в жидкость происходит внезапно.