Ученые впервые получили жидкий углерод в лабораторных условиях.
Углерод обладает сверхвысокой температурой плавления (примерно 4500 градусов Цельсия). При нагревании под обычным давлением он переходит сразу в газообразное состояние, минуя жидкое. Это затрудняет его изучение в жидком виде.
Учёным удалось добиться экстремальных условий, при которых углерод временно становится жидким, хотя и на микросекунды.
Исследователи использовали два ультрасовременных инструмента:
- DiPOLE 100-X — самый мощный лазер, созданный в Соединённом Королевстве. Его импульсы достигают мощности 100 джоулей и длятся 10 наносекунд.
- Германский рентгеновский лазер XFEL входит в число самых современных в мире.
Используя DiPOLE, генерировались ударные волны, сжимавшие и нагревая образцы углерода до высоких температур и давлений. Одновременно XFEL регистрировал процесс с атомарной точностью, захватывая структуру материала в жидком состоянии.
Каждый эксперимент продолжался несколько наносекунд, но учёные выполнили сотни повторений с различными параметрами, чтобы получить полное представление о фазовом переходе.
Эксперименты не только подтвердили наличие жидкого углерода, но и продемонстрировали его внутреннее строение. При нагревании атомы углерода организуются аналогично структуре алмаза: каждый атом соединен с четырьмя соседними.
Жидкий углерод — не только научная редкость. Он может стать основой для реакторов термоядерного синтеза. Свойства этого вещества делают его подходящим охлаждающим агентом и потенциальным замедлителем нейтронов, что необходимо для стабильной работы синтеза. Также жидкий углерод может применяться в производстве наноматериалов, включая наноалмазы. Те последние могут использоваться в квантовых сенсорах, медицине и других областях высоких технологий.