近日，一项关于液态碳的研究成果发表于《自然》杂志。物理学家利用同步辐射熔化玻璃碳并开展X射线结构分析，成功揭示了液态碳的结构特征，填补了该领域的研究空白。
在常规条件下，碳在大气压下并非液态，加热后会直接由固态升华为气态。而要获得液态碳，需在几兆帕的压力和几千开尔文的温度环境下实现，这在技术层面极具挑战。因此，液态碳的性质和结构此前实际上尚未得到研究。
不过，由罗斯托克大学的多米尼克·克劳斯(Dominik Kraus)领导的物理学家、化学家和晶体学家团队，借助由DESY开发的欧洲X射线自由电子激光器(European XFEL)达成了这一研究目标。该激光器通过加速电子产生强大X射线，这对于研究由弱散射X射线的轻原子组成的物质结构至关重要。
为研究液态碳结构，科学家将玻璃碳样本装入特定装置，随后用两束激光进行照射。其中，DiPOLE 100X二极管泵浦固体激光器产生纳秒绿光脉冲，对样品进行加热并产生冲击波，使样品内部压力急剧上升;X射线自由电子激光器则产生飞秒X射线脉冲，由两个探测器记录散射辐射。
实验过程中，玻璃碳在加热和加压作用下先转变为钻石，随后开始熔化。在160千兆帕的压力和约7300开尔文的温度条件下，科学家获得了完全熔融的碳样本。依据衍射图，研究人员计算了结构因子和径向分布函数。结果显示，在液态碳中，如同在钻石中一样，每个原子都被四个最近的邻居所包围。
此次研究不仅使科学家成功熔化碳并探究其结构，所获得的数据还与先前开展的量子化学计算结果高度吻合，该计算曾预测液态碳具有相同的配位数。此外，通过此次实验，研究人员进一步完善了金刚石的相图。
