近日，电子科技大学基础与前沿研究院李卫特聘研究员在国际知名综合性期刊《自然-通讯》（Nature Communications）上发表题为“Two-dimensional surface melting with an intermediate quasi-hexatic layer”的研究论文。李卫为论文第一作者，电子科技大学基础与前沿研究院为论文第一署名单位。
研究聚焦于二维熔化过程中表面效应的关键作用。熔化作为凝聚态物理中的经典相变现象，在三维体系中通常表现为一级相变，且往往始于表面预熔化层的形成，即在熔点以下，表面会率先出现一层准液体层以降低界面能，并为后续熔化的推进提供前驱体。这一观点由法拉第最早提出，直至上世纪末才获得实验证实。
二维熔化行为显著区别于三维情形。20世纪70年代，Kosterlitz、Thouless、Halperin、Nelson和Young提出KTHNY理论，指出二维固体的熔化是一个两步过程：先由固体转变为六角相（hexatic phase），再由六角相转变为液体，两个阶段均为连续相变，分别对应位错对和旋错对的解离。该理论的奠基性贡献曾被授予2016年诺贝尔物理学奖。
值得注意的是，KTHNY理论基于二维无限大理想晶体模型，未考虑表面效应对相变路径的影响。为系统探究表面效应在KTHNY框架下的作用机制，研究团队利用光驱动TPM@TiO₂核壳活性粒子构筑了厘米级二维晶体，并通过调控光强实现可控熔化过程。实验发现，二维表面熔化过程展现出类似预熔化的特征，但其机制更为丰富。不仅在表面形成一层准液体浸润层，还在准液体层与内部固体之间出现了中间准六角相浸润层。这两层结构向内以幂律方式扩张，其中准六角相层先于准液体层向固体内部推进，从而使固体依次经历固体—六角相、六角相—液体的两步相变。这表明，即便在表面效应存在的情况下，二维熔化过程仍遵循KTHNY理论框架。
尤为重要的是，KTHNY理论认为六角相的形成源于固体内部位错对的生成与解离，而该研究则发现，表面可作为位错源持续向晶体内部发射并累积位错，从而诱导准六角相层的出现。这些发现揭示了表面在二维熔化中的主动驱动作用，为重新审视二维熔化动力学机制提供了新的视角。
作者简介：李卫，电子科技大学基础与前沿研究院特聘研究员。2019年于香港科技大学获博士学位，师从韩一龙教授。主要研究方向为胶体的自组装与相变动力学。在PNAS, PRL, Nat. Commun., Sci. Adv., JACS, Rep. Prog. Phys.等国际高水平期刊发表论文9篇。
