Material bidimensional en un extraño estado entre sólido y líquido

Cuando el hielo se derrite pasando a ser agua, el paso de sólido a líquido en el punto afectado ocurre rápidamente. Sin embargo, esto no sucede así en los materiales bidimensionales (láminas con un grosor del orden del átomo). En vez de eso, aparece un estado inusual entre sólido y líquido: la fase hexática. Unos científicos han conseguido ahora observar este estado exótico en un material bidimensional.

El logro es obra de un equipo encabezado por Thuy An Bui, de la Universidad de Viena en Austria.

Cuando una pizca de hielo se derrite, todo sucede muy rápido: en cuanto se alcanza la temperatura de fusión, su estructura sólida y ordenada se transforma bruscamente en agua líquida y desordenada. Esta transición repentina es típica del comportamiento de fusión de todos los materiales tridimensionales, desde líquidos acuosos hasta metales.

Sin embargo, cuando un material se vuelve tan delgado que merece ser llamado bidimensional, las reglas de fusión cambian drásticamente. Entre las fases sólida y líquida, puede surgir una fase intermedia exótica de la materia. Denominada "fase hexática", fue predicha por vez primera en la década de 1970. Esta fase es un extraño estado híbrido. El material se comporta como un líquido, teniendo distancias irregulares entre las partículas que lo componen, pero en cierta medida también como un sólido, ya que los ángulos entre las partículas se mantienen relativamente bien ordenados.

Utilizando microscopía electrónica de última generación e inteligencia artificial, los autores del nuevo estudio filmaron un cristal de yoduro de plata protegido por grafeno mientras se fundía. Al ser bidimensionales estos materiales, fue posible para los investigadores observar directamente los procesos de derretimiento a escala atómica.

El análisis de lo ocurrido reveló de manera inequívoca que, dentro de un estrecho rango de temperatura (aproximadamente 25 grados centígrados por debajo del punto de fusión), se produjo una fase hexática distintiva. Mediciones complementarias de difracción de electrones confirmaron este hallazgo y proporcionaron evidencia contundente de la existencia de este estado intermedio en materiales con grosor del orden del átomo y con enlaces fuertes.

Recreación artística de la estructura de un cristal de yoduro de plata acercándose a la temperatura en la que pasará al estado líquido. (Imagen: Thuy An Bui / David Lamprecht / Kimmo Mustonen, 2025. CC BY 4.0)

El estudio también reveló algo del todo inesperado. Según teorías previas, las transiciones de sólido a hexático y de hexático a líquido deberían ser paulatinas. Sin embargo, los investigadores observaron que, si bien la transición de sólido a hexático era efectivamente paulatina, la transición de hexático a líquido era abrupta, similar a la fusión del hielo en agua.

Este descubrimiento no solo desafía predicciones teóricas muy aceptadas, sino que también abre nuevas perspectivas en la investigación de los materiales a escala atómica.

El estudio se titula “Hexatic phase in covalent two-dimensional silver iodide”. Y se ha publicado en la revista académica Science. (Fuente: NCYT de Amazings)