Viyana Üniversitesi ekibi, tek atom kalınlığındaki AgI kristalinin erimesi sırasında ortaya çıkan nadir ‘hexatic’ ara evresini doğrudan görüntüledi. Yapay sinir ağlarıyla desteklenen yüksek çözünürlüklü mikroskopi, bu geçişin sadece dar bir sıcaklık penceresinde gerçekleştiğini gösterdi.
Viyana Üniversitesi liderliğindeki uluslararası bir ekip, tek atom kalınlığındaki gümüş iyodür (AgI) kristalinin erime sürecini atom seviyesinde kaydederek uzun süredir aranan bir ara durumu — “hexatic” fazını — doğrudan gözlemledi. Araştırmacılar, kırılgan numuneyi iki grafen tabakası arasına yerleştirip taramalı transmisyon elektron mikroskobu (STEM) ile kontrollü ısıtarak erimeyi gerçek zamanlı izletti.
hexatic Evre Nedir?
Hexatic faz, parçacıkların konumları sıvı benzeri düzensizlik gösterirken açısal (altıgen) orientasyonel düzenin kısmen korunduğu ara bir durumdur. Bu durum, üç boyutlu maddelerdeki ani katı→sıvı geçişinden farklı olarak, iki boyutlu sistemlerde ortaya çıkabilen karma bir davranış sunar; teori 1970’lerden beri böyle bir fazi öngörse de güçlü kimyasal bağlarla tutulan gerçek kristallerde doğrudan kanıtlanması zor oldu.
Deneyde ekip, grafen”sandviç” içinde korunan tek katman AgI örneğini Protochips Fusion ısıtma cihazı üzerinde 1100 °C civarına kadar ısıtırken binlerce yüksek çözünürlüklü görüntü kaydetti. Bu görüntüler yapay sinir ağlarıyla (neural networks) işlendi; böylece tek tek atomların konum ve zaman içindeki hareketleri izlenebildi. Elektron kırınımı ölçümleri de bulguları destekledi.
Analiz, erime öncesinde çok dar bir sıcaklık aralığında (yaklaşık erime noktasının ~25 °C altındaki bölgede) belirgin bir hexatic fazın oluştuğunu gösterdi. Beklentiye göre katıdan hexatic’e geçiş yavaş ve kademeli gerçekleşirken, araştırmacılar hexatic’ten sıvıya geçişin beklenenden daha ani olduğunu—birebir üç boyutlu maddelerdeki erime gibi—gözlemlediler. Bu sonuçlar, iki boyutlu kovalan kristallerin erime mekanizmalarının önceki teorilerden daha karmaşık olabileceğini düşündürüyor.
Çalışma, atomik çözünürlüklü mikroskopi ve yapay zekâ destekli analizlerin birleşiminin malzeme biliminin sınırlarını nasıl ileri taşıdığını gösteriyor. Bulgular, ince katmanlı malzemelerin termal davranışlarını anlamak ve iki boyutlu faz geçişlerini modellemek için yeni yollar açıyor.
- Yayın: Science (DOI: 10.1126/science.adv7915).
- Yöntem: Tek katman AgI numunesi grafen arasında, STEM ile yüksek sıcaklıkta izleme; görüntü analizi için neural networks kullanımı.
