布朗大学 研究人员使用排列在晶格中的小珠来研究二维固体是如何熔化的
这项研究考察了间隙缺陷的影响——晶体结构中的额外粒子
他们发现，虽然一个填隙物几乎没有什么不同，但两个填隙物破坏了晶格的对称性
这些发现有助于解释为什么二维固体在理论预测它们应该融化之前就融化了 1972年，物理学家J
迈克尔·科斯特利兹和大卫·索尔兹发表了一个开创性的理论，阐述了二维材料中相变是如何发生的
实验很快表明，该理论正确捕捉了氦膜从超流体向正常流体转变的过程，有助于开创超薄材料研究的新时代，更不用说获得布朗大学教授科斯特利兹和2016年诺贝尔物理学奖的索尔兹股份了
但是科斯特利特-索尔兹理论的目的不仅仅是解释超流跃迁
这两人还希望这能解释二维固体如何融化成液体，但迄今为止，实验未能明确验证这种情况下的理论
现在，另一组布朗物理学家的新研究可以帮助解释理论和实验之间的不匹配
这项发表在《美国国家科学院院刊》上的研究显示了杂质——物质晶体结构中的“额外”原子——是如何破坏系统的秩序，并在钾-铁理论预测开始熔化之前导致熔化的
研究人员说，这些发现朝着更完整的融化物理理论迈出了一步
“固-液转变是我们都熟悉的，但这是现代物理学的一个重大失败，我们仍然不清楚它是如何发生的，”布朗大学物理学教授、这篇新论文的资深作者凌新生说
“我们发现杂质在熔化过程中起着重要作用，这些杂质不包括在钾-铁理论中，但在实际材料中总是存在
" 虽然细节仍然是一个主要的谜，但科学家们对固体如何熔化有了基本的了解
随着温度的升高，固体晶格中的原子开始抖动
如果晃动太剧烈，晶格无法保持在一起，固体就会融化成液体
但是熔化过程到底是如何开始的，以及为什么它是在固体中的某些地方开始的，而不是在其他地方，我们还不知道
在这项新的研究中，研究人员使用悬浮在高度去离子水中的微小聚苯乙烯颗粒
带电粒子之间的电作用力使它们像固体材料中原子排列的方式一样排列成类似晶体的晶格
使用激光束移动单个粒子，研究人员可以看到晶格缺陷如何影响晶格的顺序
缺陷通常有两种形式——空位和空隙，空位中缺少粒子，空隙中的粒子比应有的多
这项新的研究特别关注间质的作用，这是以前没有研究过的
研究发现，虽然给定区域中的一个间隙对晶格的行为没有什么影响，但两个间隙会产生很大的影响
凌说:“我们发现，两个间隙缺陷破坏了结构的对称性，而单个缺陷则没有。”
“对称性破缺导致了K-T预言之前的局部熔化
" 这是因为K-T理论处理的是由热波动引起的缺陷，而不是晶格中已经存在的缺陷
凌说:“真正的材料很乱。”
“总有杂质
简而言之，该系统无法区分哪些是杂质，哪些是由热搅动产生的缺陷，热搅动会在预测之前导致熔化
" 研究人员说，这项研究使用的技术可能在其他地方有用
例如，它可能有助于研究硬玻璃向粘性液体的转变，这种现象与固液转变有关，但也缺乏完整的解释
凌说:“我们认为我们意外地发现了一种揭示材料物理中对称性破缺机制的新方法。”
“除了这些发现之外，方法本身可能是这篇论文最重要的部分
"
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