Recientemente, un equipo de científicos liderado por la Universidad de Rostock y el Centro Helmholtz de Dresde-Rossendorf (HZDR) logró un gran avance al fabricar con éxito carbono líquido por primera vez. Anteriormente, se creía generalmente que este material no podía estudiarse en entornos de laboratorio.

"Esta es la primera vez que observamos experimentalmente la estructura del carbono líquido", dijo el profesor Dominique Krause, jefe del grupo de trabajo de carbono de la Universidad de Rostock y HZDR. Este experimento confirma las predicciones de simulaciones complejas de carbono líquido; están investigando una forma compleja de líquido similar al agua con propiedades estructurales muy especiales.

Este avance utilizó el láser DiPOLE 100-X desarrollado por las Instalaciones Centrales de Láser (CLF) del Comité de Instalaciones Científicas y Tecnológicas del Reino Unido (STFC), y tiene implicaciones importantes para el futuro desarrollo de reactores de fusión nuclear. El carbono líquido tiene un punto de fusión extremadamente alto de aproximadamente 4.500 °C y propiedades estructurales únicas, y se considera un componente clave para futuras fábricas de fusión nuclear. Puede servir como refrigerante del reactor y como moderador para ralentizar neutrones, crucial para mantener la reacción en cadena necesaria para la fusión. Los investigadores afirmaron que el sistema láser de STFC ha abierto nuevas posibilidades de investigación previamente inimaginables.

El proceso de generación de carbono líquido es extremadamente complejo. El láser de alto rendimiento DiPOLE 100-X se utiliza para crear condiciones extremas, licuando muestras de carbono sólido en una billonésima de segundo. Al mismo tiempo, un haz de rayos X captura patrones de difracción, revelando el arreglo atómico dentro del carbono líquido en flujo. Cada experimento dura solo una fracción de segundo y se repite varias veces, con ligeras variaciones en los parámetros cada vez. Estas "instantáneas" de patrones de difracción se combinan posteriormente para construir una imagen completa de la transición del carbono de sólido a líquido.

El comunicado de prensa señaló que, dado que el carbono líquido no se funde a presión atmosférica normal, sino que se convierte inmediatamente en gas, solo se convierte en líquido bajo presión extrema y temperaturas de alrededor de 4.500 °C (el punto de fusión más alto de todos los materiales), por lo que previamente no podía estudiarse en laboratorios y se sabía poco sobre él. Aunque la compresión láser proporciona un método para lograr este estado líquido transitorio, el desafío principal es realizar mediciones precisas en estos momentos fugaces. Ahora, el European XFEL ha superado este desafío utilizando el sistema D100-X, diseñado específicamente para estudiar estados extremos de sustancias como el carbono líquido.

Los científicos agregaron que los resultados de las mediciones muestran que el sistema del carbono líquido es similar al de cuatro vecinos más cercanos, al igual que el diamante sólido. Además, el grupo de investigación midió con precisión el punto de fusión del carbono, resolviendo una discrepancia de larga data en predicciones teóricas previas.

Este avance podría impulsar el desarrollo de ciertos conceptos de fusión nuclear. El comunicado de prensa concluyó que, una vez que se optimicen complejos sistemas de control automático y procesamiento de datos, en el futuro se podrán obtener en solo unos segundos resultados que actualmente requieren horas de tiempo experimental. Actualmente, el equipo de investigación ha publicado sus resultados en la revista Nature.