4500 градусов и миллиарды долей секунды: ученые впервые «растопили» углерод

Впервые в истории ученым удалось получить жидкий углерод — вещество, которое ранее считалось недостижимым в лабораторных условиях. Прорыв стал возможен благодаря совместной работе исследователей из Университета Ростока (Германия) и британского агентства по научным инновациям.

Углерод — элемент с экстремально высокой температурой плавления (примерно 4500?градусов Цельсия). При обычном давлении он при нагреве сразу переходит в газ, минуя жидкую фазу. Это делает его изучение в жидком состоянии почти невозможным.

Но учёным удалось создать такие экстремальные условия, при которых углерод всё же становится жидким — пусть и на миллиардные доли секунды.

Исследователи использовали два ультрасовременных инструмента:

• DiPOLE 100-X — мощнейший лазер, разработанный в Великобритании. Он выдаёт импульсы в 100 джоулей с продолжительностью всего 10 наносекунд.
• Рентгеновский лазер XFEL в Германии — один из самых передовых в мире.

С помощью DiPOLE создавались ударные волны, сжимающие и нагревающие образцы углерода до фантастических значений температуры и давления. В это же время XFEL снимал происходящее с атомарной точностью, фиксируя структуру материала в жидкой фазе.

Хотя каждый такой эксперимент длился буквально несколько наносекунд, учёные провели сотни повторов, варьируя параметры, чтобы собрать полную картину фазового перехода.

В итоге удалось не только подтвердить существование жидкого углерода, но и визуализировать, как он устроен внутри. Оказалось, что в расплавленном состоянии атомы углерода располагаются примерно так же, как в алмазе — каждый окружён четырьмя другими.

Жидкий углерод — это не просто научная диковинка. Он может сыграть ключевую роль в реакторах термоядерного синтеза будущего. Его свойства делают его идеальным охлаждающим агентом и потенциальным замедлителем нейтронов, что важно для стабильной работы синтеза. Также он может участвовать в создании новых наноматериалов, включая наноалмазы, которые могут использоваться в квантовых сенсорах, медицине и других высокотехнологичных областях.

 Источник: nature