2023年，一项由罗斯托克大学和德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心(HZDR)牵头的国际研究合作计划，在欧洲X射线自由电子激光器(European XFEL)上，首次利用高性能激光器DIPOLE 100-X进行了极端压力下物质的研究。实验取得了显著成果，成功研究了液态碳，这一成就被研究人员在《自然》杂志上报告。

液态碳在行星内部以及核聚变等未来技术中扮演着重要角色。然而，由于常压下碳不会熔化而是直接变为气态，实验室中研究液态碳极为困难。只有在极端压力和约4500摄氏度的高温下，碳才会转变为液态，而这样的条件对任何容器来说都是无法承受的。

激光压缩技术为此提供了解决方案，它能在极短时间内将固态碳转化为液态。研究团队利用位于汉堡附近舍内费尔德的欧洲XFEL——世界上最大的超短脉冲X射线激光器，与DIPOLE 100-X激光器结合，进行了这一前所未有的实验。

在实验中，DIPOLE 100-X激光器的高能脉冲驱动压缩波穿过固态碳样品，使其在纳秒内液化。随后，样品受到欧洲XFEL的超短X射线激光闪光照射，碳原子散射X射线，形成衍射图样，从而推断出液态碳中原子的排列情况。

实验结果显示，液态碳的结构与固体钻石相似，具有水状的结构特性。“这是我们首次通过实验观察到液态碳的结构，”研究合作项目碳工作组负责人Dominik Kraus教授解释道，“我们的实验证实了液态碳复杂模拟的预测。”

此外，研究人员还成功地精确缩小了液态碳的熔点范围，这一精确知识对于行星建模以及某些核聚变发电概念至关重要。

欧洲XFEL的首次DIPOLE实验不仅开创了高压物质测量的新纪元，还展示了在极端条件下以高细节表征物质的潜力。未来，随着自动控制和数据处理速度的提升，实验结果有望在更短时间内得出。

更多信息： D. Kraus 等人，通过原位 X 射线衍射阐明液态碳的结构，《自然》 (2025)。期刊信息： 《自然》