Вчені з Об'єднаного інституту високих температур РАН розплавили графіт і вперше детально вивчили властивості рідкої форми вуглецю. Про те, що така повинна існувати, було відомо давно, але «помацати» її в лабораторних умовах досі не вдавалося.
Майже всі елементи та хімічні сполуки, що існують у Всесвіті, можуть приймати чотири різних агрегатних форми матерії - перетворюватися на тверде тіло, рідину, газ і плазму. Фазові переходи між ними вже багато століть вивчаються фізиками, і поки вчені не можуть впевнено сказати, що вони повністю розуміють процеси, що відбуваються. Наприклад, досі незрозуміло, чому деякі речовини, такі як миш «як миш» як вуглекислота або чистий вуглець, не мають рідкої форми і безпосередньо перетворюються на газ або на тверде тіло при нагріванні або охолодженні.
У теорії, їх можна змусити стати рідиною, якщо стиснути ці матеріали до помірних, у випадку з СО2, або ж дуже високих тисків, проте таких умов немає ні на Землі, ні на інших планетах, за винятком їх надплотних надр. З цієї причини вчені досі не мають навіть мінімально точних уявлень про те, при яких температурах і тисках плавиться вуглець.
Фізики вже кілька десятків років активно намагаються розплавити алмази або графіт, отримати рідкий вуглець і вивчити його властивості. Перше завдання японські вчені вирішили ще в 1997 році, пропустивши потужний розряд електрики через вуглець, проте в наступні роки ні вони, ні інші фізики не змогли виміряти характеристики цієї екзотичної рідини.
Рахель і його колега Арсеній Кондратьєв першими отримали ці експериментальні дані, використовуючи дотепний прийом. Вони сконструювали графітову плівку з ідеально накладених один одного листів вуглецю і «упакували» її в особливий прозорий матеріал із сапфірових платівок.
Цей «бутерброд» був зібраний таким чином, що його вуглецева начинка розширювалася тільки в одну сторону при пропусканні через неї струму і різкому нагріванні. Це майже повністю виключало ймовірність того, що всередині цієї конструкції виникнуть неоднорідності, здатні внести похибку у вимірювання властивостей рідкого вуглецю.
Сам процес нагріву і плавлення займав приблизно мікросекунду, під час якої вчені пропускали лазерні імпульс через «бутерброд», заміряючи те, як змінився обсяг розплавленого вуглецю, його щільність, температуру плавлення, структуру та інші фізичні характеристики. Паралельно вони вивчали цей матеріал за допомогою пірометрів та інших приладів.
Як виявилося, температура плавлення та інші властивості рідкого вуглецю досить сильно розходилися з тим, що очікували побачити фізики, спираючись на результати теоретичних розрахунків.
"Для нас стало несподіванкою, що вимірені температури плавлення графіту виявилися вищими за загальноприйняті більш ніж на тисячу градусів. Крім того, ми виявили, що швидкість звуку в рідкому вуглеці зростає при зменшенні щільності. Результати цих експериментів допоможуть поліпшити властивості штучних алмазів і вуглецевих нанотрубок ", - цитує РИА Новости Анатолія Рахеля з ОІВТ РАН.
Ознайомитися з подробицями можна в статті, опублікованій в журналі Physical Review Letters.