Neue Erkenntnisse zur Struktur von flüssigem Kohlenstoff

HAMBURG / LONDON (IT BOLTWISE) – Die Erforschung von flüssigem Kohlenstoff hat einen bedeutenden Fortschritt erzielt, der sowohl für die Wissenschaft als auch für zukünftige Technologien von großem Interesse ist.

Flüssiger Kohlenstoff, ein Zustand, der unter extremen Bedingungen entsteht, hat lange Zeit die Wissenschaft vor Herausforderungen gestellt. Im Inneren von Planeten kommt er vor und könnte für Zukunftstechnologien wie die Kernfusion entscheidend sein. Bisher war dieser Zustand schwer zu erforschen, da Kohlenstoff bei Normaldruck nicht schmilzt, sondern direkt in einen gasförmigen Zustand übergeht. Erst bei extremem Druck und Temperaturen von etwa 4.500 Grad Celsius wird Kohlenstoff flüssig, was im Labor schwer nachzustellen ist.

Am European XFEL in Schenefeld bei Hamburg, dem größten Röntgenlaser der Welt, gelang es nun, flüssigen Kohlenstoff experimentell zu untersuchen. Die Kombination aus dem European XFEL und dem Hochleistungslaser DIPOLE100-X ermöglichte es, festen Kohlenstoff für Nanosekunden zu verflüssigen. Diese kurzen Zeitfenster wurden genutzt, um die Struktur des flüssigen Kohlenstoffs zu analysieren. Die Atome im Kohlenstoff lenken das Röntgenlicht ab, ähnlich wie Licht an einem Gitter gebeugt wird, was Rückschlüsse auf die Anordnung der Atome erlaubt.

Die Experimente zeigten, dass flüssiger Kohlenstoff eine ähnliche Struktur wie fester Diamant aufweist, mit je vier nächsten Nachbarn. Dies bestätigt Vorhersagen aus Simulationen und liefert wertvolle Daten für Planetenmodelle und Konzepte zur Energiegewinnung durch Kernfusion. Die genaue Kenntnis der Struktur und des Schmelzpunkts ist entscheidend für diese Anwendungen.

Die Forschung am European XFEL markiert den Beginn einer neuen Ära in der Materialforschung unter Hochdruckbedingungen. Die Möglichkeit, Materie unter extremen Bedingungen detailliert zu charakterisieren, eröffnet neue Perspektiven für die Wissenschaft. Künftig könnten die Ergebnisse solcher Experimente in noch kürzerer Zeit vorliegen, sobald die automatische Steuerung und Datenverarbeitung weiter optimiert werden.

Die Ergebnisse dieser bahnbrechenden Forschung wurden in der renommierten Zeitschrift Nature veröffentlicht und zeigen das Potenzial der Laserkompressionstechnologie in der Materialforschung. Die Erkenntnisse könnten nicht nur die Grundlagenforschung vorantreiben, sondern auch praktische Anwendungen in der Industrie und Energieerzeugung beeinflussen.

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