科學家實時追蹤熔化過程中的每個原子，揭示前所未見的物質狀態

科學家首次直接觀測到熔化過程中的神秘中間相態，這一發現推翻了長期以來的理論認知。

維也納大學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。他們的發現不僅顛覆了關于該過程的現有認知，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。當達到熔點時，晶體結構會迅速崩塌并幾乎立即轉變為液體。

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

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

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。盡管該理論早在20世紀70年代就已提出，但直到現在才首次在真實自然鍵合材料中直接觀測到這種狀態。

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"中被間接觀測。根據理論，這類材料從固態到液態的轉變并非一步完成。

當前科學界認為，二維材料的熔化應分兩步漸進進行：第一步是通過連續過程從固態轉變為六方相；第二步應是六方相經進一步連續過渡變為液體。為此，維也納大學團隊著手探究現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網絡追蹤每個原子，分析了數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。

挑戰科學共識

研究發現原子在比實際熔點低25°C時進入六方相，這符合當前理論預期。但團隊隨后發現，從六方相到液體的轉變并非預想中的平滑過渡，而是突然從六方相躍變為完全液態。

這一現象與所有主流二維熔化理論相悖。在第二步轉變中，材料表現得更像常規三維熔化（如冰化成水）?，F有理論似乎因此受到根本性質疑。

該研究同時確立了材料科學的新標準：實現熔化的原子級直接觀測，并運用人工智能輔助分析結果。

研究資深作者、維也納大學的金莫·穆斯托寧指出："若不借助神經網絡等AI工具，追蹤所有單個原子將是不可能完成的任務。"維也納大學兼維也納工業大學的戴維·蘭普雷希特補充道："這表明共價鍵二維晶體的熔化過程遠比此前認知的更為復雜。"

這項突破性研究已發表于《科學》期刊，讀者可查閱原始論文獲取詳細信息。

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