Европейским физикам удалось расплавить углерод с помощью синхротронного излучения

Фото из открытых источников

Журнал Nature рассказал о новом достижении физиков из Ростокского университета. Они сумели расплавить стеклоуглерод при помощи синхротронного излучения, а затем провели его рентгеноструктурный анализ. Что дало возможность установить: в жидком формате каждый атом углерода окружен в среднем четырьмя другими атомами, что коррелирует с результатами предварительных расчетов.

При атмосферном давлении углерод остаётся твёрдым. Нагревание переводит его сразу в газообразный формат, то есть, происходит возгонка. Теоретически учёные уже рассчитали, что жидкий углерод можно получать при давлениях в нескольких мегапаскалей и температуре в несколько тысяч кельвинов. На практике осуществить подобные реакции крайне сложно, поэтому свойства и строение жидкого углерода до сих пор практически не изучены.

Недавно группа физиков, химиков и кристаллографов из Ростокского университета задействовала в эксперименте Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах (European XFEL), где ускоренные электроны продуцируют мощное рентгеновское излучение. Что является необходимым условием для изучения структуры веществ, которые состоят из легких атомов, плохо рассеивающих рентгеновское излучение.

Ученые поместили в установку образец стеклоуглерода и облучили его двумя лазерами. Один Первый — твердотельный лазер с диодной накачкой DiPOLE 100X — должен был генерировать наносекундные импульсы зеленого света, нагревавшие образец и генерировавшие ударную волну, которая создавала критично высокое давление внутри образца. Второй — рентгеновский лазер на свободных электронах — нужен был для генерации фемтосекундных рентгеновских импульсов. Два детектора обеспечивали фиксацию рассеянного излучения.

На первом этапе при нагревании и повышении давления стеклоуглерод трансформировался в алмаз, а далее начиналось его плавление. При давлении в 160 гигапаскалей и температуре около 7300 кельвин был получен полностью расплавленный образец. Дальнейшее исследование показало, что в жидком углероде, как и в алмазе, все атомы окружены четырьмя ближайшими соседями.

Эти данные гармонично согласуются с осуществлёнными ранее квантово-химическими расчетами, предсказавшими именно такое строение углерода в жидком состоянии.