Команда исследователей под руководством Ростокского университета и Центра Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR) впервые смогла создать жидкий углерод. Ранее считалось, что изучить это вещество в лабораторных условиях невозможно. Профессор Доминик Краус из указанных научных центров сообщил, что это первое экспериментальное наблюдение структуры жидкого углерода. По его словам, эксперимент подтверждает прогнозы сложных симуляций и указывает на то, что жидкий углерод представляет собой сложную жидкость со специфическими структурными свойствами, сравнимую с водой.
Это достижение, полученное с использованием британского лазера DiPOLE 100-X, имеет большое значение для будущего термоядерных реакторов. Жидкий углерод, обладающий исключительно высокой температурой плавления (около 4500°C) и уникальными структурными характеристиками, рассматривается как ключевой компонент для термоядерных установок. Он мог бы служить одновременно теплоносителем и замедлителем нейтронов, что критически важно для поддержания цепных реакций. Исследователи отметили, что лазерная система открыла «ранее невообразимые возможности для науки».
Для получения жидкого углерода учёные применили сложный процесс. Мощный лазер DiPOLE 100-X создавал экстремальные условия, на миллиардные доли секунды расплавляя твёрдые образцы углерода. Одновременно с этим рентгеновский луч позволял получить дифракционные картины и выявить атомное строение кратковременно существующего жидкого углерода. Каждый такой эксперимент длился доли секунды и многократно повторялся с небольшими изменениями параметров. Полученные «снимки» дифракционных картин затем объединялись для построения полной картины перехода углерода из твёрдого состояния в жидкое.
Как сообщалось в пресс-релизе, ранее о жидкой форме углерода было мало что известно, так как при нормальном давлении он не плавится, а сразу переходит в газообразное состояние. Жидкостью он становится только при экстремальном давлении и температуре около 4500°C — это самая высокая температура плавления среди всех материалов. Основная трудность заключалась в проведении точных измерений в эти краткие моменты.
Указанную проблему удалось решить на установке D100-X Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах (European XFEL), специально разработанной для изучения экстремальных состояний вещества. Команде также удалось точно определить температуру плавления углерода, разрешив давние расхождения в теоретических предсказаниях.
Описанное открытие способно продвинуть некоторые концепции термоядерного синтеза. В пресс-релизе также отмечалось, что в будущем, после оптимизации систем управления и обработки данных, результаты, на получение которых сейчас уходят часы, можно будет получать за секунды. Исследование опубликовано в журнале Nature.