近日，由德国罗斯托克大学和德累斯顿 - 罗森多夫亥姆霍兹中心(HZDR)领导的科学家团队取得重大突破，首次成功制造出液态碳。此前，人们普遍认为这种材料无法在实验室环境下进行研究。

“这是我们第一次通过实验观察液态碳的结构。”罗斯托克大学和HZDR碳工作组负责人多米尼克·克劳斯教授表示。此次实验证实了液态碳复杂模拟的预测，他们正在研究一种与水类似的复杂液体形式，该形式具有非常特殊的结构特性。

这一突破借助了英国科学与技术设施委员会(STFC)中央激光设施(CLF)开发的DiPOLE 100 - X激光器，对核聚变反应堆的未来发展具有重要意义。液态碳具有约4,500°C的极高熔点和独特结构特性，被视为未来核聚变工厂的关键组成部分。它既能作为反应堆的冷却剂，也能作为减慢中子速度的减速剂，这对维持聚变所需的链式反应至关重要。研究人员称，STFC的激光系统开辟了以前无法想象的全新研究可能性。

液态碳的生成过程极为复杂。高性能的DiPOLE 100 - X激光器用于创造极端条件，在十亿分之一秒内将固体碳样品液化。同时，X射线束捕捉到衍射图案，揭示了流动液态碳内的原子排列。每个实验仅持续几分之一秒，且会重复多次，每次参数略有变化。这些衍射图的“快照”随后被组合起来，构建出一幅完整的碳从固态到液态转变的图像。

新闻稿指出，由于液态碳在常压下不会熔化，而是会立即变成气态，只有在极端压力和约4,500°C的温度下才会变成液体(这是所有材料的最高熔点)，所以此前在实验室中无法对它进行研究，人们对它也知之甚少。虽然激光压缩提供了一种实现这种短暂液态的方法，但主要的挑战是在这些短暂的时刻进行精确测量。如今，欧洲XFEL已利用D100 - X系统克服了这一挑战，该系统专为研究液态碳等物质的极端状态而设计。

科学家补充道，测量结果显示，液态碳的系统与四个最近的邻居相似，就像固体钻石一样。此外，研究小组还精确测定了碳的熔点，解决了之前理论预测中长期存在的分歧。

这一突破可能会推动某些核聚变概念的发展。新闻稿总结称，一旦复杂的自动控制和数据处理系统得到优化，未来只需几秒钟就能获得目前需要数小时实验时间才能得出的结果。目前，研究团队已将他们的研究成果发表在《自然》杂志上。