材料科学：in situ X線回折による液体炭素の構造の解明

炭素は生物学や有機化学において中心的な役割を果たし、その固体同素体は多くの現代技術の基礎をもたらしている。しかし、液体形態の炭素はほとんど未知のままであり、液体炭素の構造や物理的特性のほとんどが本質的に未解明である。しかし液体炭素は、惑星の内部や白色矮星の大気のモデル化において、また、先進炭素材料の合成の中間状態として重要であり、慣性閉じ込め核融合爆縮、炭素材料への超高速衝突、極限条態における構造性流体の一般的理解にも関係している。今回我々は、X線自由電子レーザーでのin situ X線回折によって、約100万気圧における液体炭素の精密構造測定結果を得たことを報告する。今回の結果は、過渡的な化学結合と平均で約4つの最近接原子を有する複雑流体の存在を示しており、量子分子動力学シミュレーションの結果と一致する。得られたデータは、宇宙で最も豊富に存在する元素の1つである炭素の液体状態の理解を裏付けるものであり、融解線のモデルの検証を可能にする。今回実証された実験能力は、極限状態における軽元素の液体構造に関する同様の研究を実施する道を開くものである。

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