Двухступенчатое плавление в двух измерениях: первообразный переход жидкость—гексатик

Плавление в двух пространственных измерениях, как это реализуется в тонких пленках или на границах раздела, представляет собой один из наиболее увлекательных фазовых переходов в природе, но до сих пор плохо изучено. Даже для фундаментальной модели твердых (жестких) дисков механизм плавления не был согласован за 50 лет исследований. Недавний алгоритм Монте‑Карло позволяет термализовать системы достаточно большие, чтобы выйти в термодинамический режим. Мы показываем, что плавление в модели жестких дисков происходит в два этапа с фазами жидкость, гексатик и твердое тело. Переход гексатик→твердое является непрерывным, тогда как, что удивительно, переход жидкость→гексатик является первого порядка. Эта картина плавления решает одну из фундаментальных задач статистической физики, которая лежит в основе большого массива теоретических, вычислительных и экспериментальных исследований.