Após extensa pesquisa, cientistas do Departamento de Química da Universidade de Oxford encontraram evidências experimentais que lançam uma nova luz sobre o derretimento de substâncias bidimensionais. Os resultados do estudo podem ser usados ​​para apoiar melhorias tecnológicas em materiais de película fina, como o grafeno.

Pesquisadores do grupo do professor Roel Dullens, do Departamento de Química de Oxford, elucidaram experimentalmente como ocorre a fusão de um sólido bidimensional de esferas duras. Com este trabalho, eles resolvem uma das questões mais fundamentalmente importantes, mas ainda pendentes, na ciência da matéria condensada. Além disso, esses resultados fornecem a base para a compreensão e o desenvolvimento de materiais bidimensionais.

Derretendo, a transição de fase em que uma substância passa de sólido para líquido, é amplamente compreendido em termos básicos. Mas apesar de ser encontrado regularmente na vida cotidiana, (seja no local de trabalho, casa ou mundo natural), os cientistas há muito tentam entender o processo de fusão em um nível fundamental.

A fusão de um sólido em um líquido é um dos fenômenos científicos mais comumente experimentados. Contudo, compreender essa transformação é especialmente misterioso para sólidos em duas dimensões. Aqui, a célebre teoria de Kosterlitz-Thouless-Halperin-Nelson-Young (KTHNY) propõe que um intermediário, estado parcialmente desordenado, chamado de 'hexático', existe entre o sólido e o líquido. Esforço substancial foi feito para a compreensão dessas transições "topológicas", pelo qual Kosterlitz e Thouless receberam o Prêmio Nobel de Física de 2016. No entanto, para o sistema de interação mais simples de muitas partículas, esferas rígidas bidimensionais, tem havido uma espantosa falta de consenso, apesar das primeiras simulações serem realizadas há mais de 60 anos.

A Dra. Alice Thorneywork e colegas de trabalho usaram microscopia óptica para estudar monocamadas de esferas rígidas do modelo coloidal (ver caixa 2) inclinadas por um pequeno ângulo para introduzir um gradiente na concentração de partículas. Para esferas duras, o comportamento é governado apenas por esta concentração, o que lhes permitiu identificar e caracterizar o líquido, hexático, e os estados sólidos e a natureza das transições entre eles em um único experimento. Os resultados mostram que a fusão ocorre por meio de uma transição sólido-hexática contínua seguida por uma transição hexático-líquido de primeira ordem.