Ученые впервые расплавили углерод и раскрыли тайны его жидкого состояния

Группа ученых из Ростокского университета под руководством Доминика Крауса добилась уникального результата — впервые в истории они расплавили стеклоуглерод и провели его детальный рентгеноструктурный анализ с помощью передового Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах (European XFEL). Как стало известно, их исследование опубликовано в престижном научном журнале Nature, что подтверждает значимость открытий и их вклад в фундаментальную физику и химию.

Углерод, как известно, в привычных земных условиях не имеет жидкой фазы и переходит из твердого состояния сразу в газообразное, минуя жидкую форму. Для того чтобы превратить углерод в жидкость, потребовалось создать крайне экстремальные условия — давление достигло порядка 160 гигапаскалей, а температура разогревалась до примерно 7300 кельвин. Эти показатели были достигнуты путем мощного лазерного нагрева образца стеклоуглерода, что вызвало формирование ударной волны, обеспечившей необходимый сжимающий эффект.

Использование рентгеновского излучения европейского лазера позволило ученым впервые увидеть, как устроена структура углерода в жидком состоянии на атомном уровне. Оказалось, что в таком состоянии каждый атом углерода окружён в среднем четырьмя соседними атомами, что напоминает кристаллическую структуру алмаза. Это важное открытие не только подтверждает результаты квантово-химических моделей, но и помогает ученым уточнить и расширить существующие представления о фазовой диаграмме углерода, что является ключевым для фундаментальных исследований в области материаловедения и физики высоких энергий.

Полученные данные открывают новые горизонты для изучения углерода — одного из самых распространенных и важных элементов в природе. Понимание поведения углерода в таких экстремальных условиях не только способствует развитию теоретической науки, но и может иметь практическое значение для создания новых материалов с уникальными свойствами. Этот прорыв также демонстрирует мощь современных экспериментальных методов, таких как рентгеновские лазеры на свободных электронах, позволяющие изучать вещества в условиях, ранее считавшихся недоступными для исследований.