科学家过去对液态碳的研究因极高熔点、难以企及的实验条件而受限，直到日前通过European XFEL实验，一个研究团队首成功在瞬间高温高压条件下将固态碳转换为液态碳，并获得微观结构图。这项发现不仅对材料科学具重大意义，还有助工业技术、行星内部建模研究。
碳是宇宙最重要元素之一，材料学家已彻底研究固态碳（如石墨、金刚石）与气态碳化合物形式，但液态碳一直是无法突破的技术难题，因为碳在常压下加热会直接升华成气体，不经过液态阶段，于高压条件下碳又具所有已知材料最高熔点，需达4,500℃ 才能进入液态，过去没有任何容器能承受这种条件，因此也无法于实验室重现液态碳。
但一种涉及X射线游离电子激光脉冲的替代方法能将固态碳转为液体碳几奈秒。最近，德国罗斯托克大学、亥姆霍兹德勒斯登罗森多夫中心（HZDR）团队成功利用欧洲European XFEL设施的DIPOLE 100-X高功率激光、极短X射线激光，于极端高温高压环境成功瓦解固态碳分子结构并转为液态形式，获得液态碳微结构详细图。
简单来说，团队先以DIPOLE 100-X高能激光对固态碳样品施加强压缩波，形成极端高压高温环境瞬间产生液态碳，接着使用超短X射线脉冲获得原子结构位，整个实验在几秒钟重复多次，最后结合所有快照，让研究人员得以关注碳从固体过渡至液体的第一阶段。
测量结果表明，液态碳结构与固态金刚石相似，每个碳原子都与4个碳原子相邻，与先前高压理论预测相符。
液态碳能在行星内部找到，对核融合等未来技术也可能发挥重要作用，该成果对材料科学、工业技术、行星内部建模研究都具深远影响，团队下一步将更精确测量液态碳特性与行为，并研究不同环境条件下的稳定性。
新论文发表在《自然》（Nature）期刊。
（首图来源：European XFEL）
