Araştırmacılar, maddenin şimdiye kadar doğrudan gözlemlenemeyen “ara bir halini” ilk kez atom düzeyinde kayda aldı. Avusturya’daki Viyana Üniversitesinden araştırmacılar, yalnızca tek atom kalınlığındaki bir kristalin erirken “hexatic faz” adı verilen tuhaf bir geçiş durumundan geçtiğini gösterdi. Çalışma 4 Aralık 2025’te Science Advances’ta yayınlandı.
Gündelik hayatta bildiğimiz maddelerde erime ani şekilde gerçekleşir. Örneğin buz belirli bir sıcaklığa ulaştığında yapısı hızla değişir ve suya dönüşür. Bu durum üç boyutlu maddeler için geçerlidir. Ancak malzeme atom ölçeğine indirildiğinde durum değişir.
Bu kadar ince yapılarda kristal, katıdan sıvıya doğrudan geçmek yerine önce ara bir evreye giriyor. Araştırmacılar bu duruma “hexatic faz” adını veriyor. Bu fazda atomlar, sıvıda olduğu gibi yer değiştirmeye başlıyor fakat aynı zamanda katılara özgü belirli açısal düzeni kısmen koruyor. Yani madde, hem sıvı hem de katı özelliklerini birlikte taşıyor.
Yarım asırlık beklenti
Hexatic faz ilk kez 1970’lerde teorik olarak öne sürülmüştü. Ancak bugüne kadar yalnızca basit model sistemlerde gözlemlenebilmişti. Gerçek, kimyasal bağları güçlü kristallerde bu durumun var olup olmadığı bilinmiyordu.
Viyana Üniversitesi ekibi bu soruya yanıt aradı. Araştırmacılar, gümüş iyodür (AgI) kristalini iki grafen tabakası arasına yerleştirerek bir tür “grafen sandviç” oluşturdu. Bu yöntem, hassas yapının korunmasını sağlarken erime sürecinin izlenmesini sağladı. Ardından örnek, elektron mikroskobu içinde 1100 dereceye kadar ısıtıldı.
Atomların tek tek hareketini izlemek için yapay zeka destekli sinir ağları kullanıldı. Binlerce mikroskop görüntüsü analiz edilerek erime anları ayrıntılı şekilde takip edildi.
Kristal, erime noktasından yaklaşık 25 derece önce bir hexatic faza girdi. Araştırmacılar ayrıca beklenmedik bir durumla karşılaştı. Katı halden hexatic faza geçiş yavaş ve kademeli olurken, hexatic fazdan sıvıya geçiş ani şekilde gerçekleşti. Oysa bugüne kadar kabul edilen kuramlara göre iki boyutlu maddelerde hem katıdan hexatic faza hem de hexatic fazdan sıvıya geçişin yumuşak ve aşamalı olması bekleniyordu. Bu gözlem, erimenin ikinci aşamasının sanıldığı gibi kademeli ilerlemediğini göstererek mevcut teorilerin bu noktada eksik kaldığını ortaya koyuyor.
Çalışma, iki boyutlu maddelerin nasıl davrandığına dair anlayışımızı değiştirirken, atom ölçeğinde yeni malzemeler tasarlamak için de önemli ipuçları sunuyor.
Kaynak: Science Advances