前所未有！科學家首次在實驗室中創(chuàng)造出“液態(tài)碳”

想象一下，一種物質(zhì)既不是固體，也不是氣體，而是以液態(tài)存在，但沒有任何容器能盛放它。這聽起來像是科幻小說，但現(xiàn)在，美國普渡大學的科學家們已經(jīng)將它變成了現(xiàn)實！他們成功地在實驗室中首次創(chuàng)造出液態(tài)碳，并對其獨特的物理性質(zhì)進行了深入探索。這項突破，不僅為我們理解宇宙中最基本的元素碳提供了全新視角，更預示著未來在材料科學、能源和天體物理學等領(lǐng)域，將迎來革命性的發(fā)展。

這項顛覆性研究，近日登上了著名的《物理評論快報》（Physical Review Letters）。它代表著高壓物理和材料科學的一個重大里程碑，揭示了碳在極端條件下的“真面目”。

我們都知道，碳在地球上最常見的兩種形態(tài)是金剛石和石墨，它們都是固體。在極高溫度下，碳會升華變成氣體。然而，在宇宙中，特別是在巨行星（如海王星和天王星）的內(nèi)部，科學家們推測存在著液態(tài)碳。但由于地球上極難模擬這種極端的高溫高壓環(huán)境，液態(tài)碳一直只存在于理論和科幻想象中。

而普渡大學的團隊，這次另辟蹊徑，他們利用一種名為“金剛石對頂砧”（Diamond Anvil Cell）的設(shè)備，在微米級的空間內(nèi)，制造出了地球上最極端的高溫高壓環(huán)境。他們將一小片石墨樣品，夾在兩個金剛石之間，并用激光對其進行加熱，同時施加巨大的壓力，使其溫度達到5000℃，壓力達到數(shù)百萬個大氣壓。

在這種極端條件下，他們觀測到了一個前所未有的現(xiàn)象：石墨的晶體結(jié)構(gòu)瞬間崩塌，碳原子重新排列，形成了一種不規(guī)則的液態(tài)結(jié)構(gòu)。他們通過一種被稱為X射線衍射的先進技術(shù)，成功地“看”到了這種液態(tài)碳的原子結(jié)構(gòu)，并證實了它既非金剛石也非石墨，而是一種全新的液態(tài)物質(zhì)！

這個突破性發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵之處在于：

1. 首次直接觀測：這是人類首次在實驗室中直接創(chuàng)造并觀測到液態(tài)碳。此前的研究都是基于理論計算和間接推測，而這次的實驗為我們提供了確鑿的證據(jù)。
2. 獨特的物理性質(zhì)：研究人員發(fā)現(xiàn)，液態(tài)碳具有一些非常獨特的物理性質(zhì)，比如極高的密度異常的壓縮性。這些性質(zhì)對于我們理解行星內(nèi)部的構(gòu)成，以及未來開發(fā)新型功能材料具有重要意義。
3. 為天體物理學提供新證據(jù)：這項發(fā)現(xiàn)為科學家們推測的巨行星內(nèi)部存在“液態(tài)碳海”，提供了強有力的實驗支持。它能幫助我們更好地理解這些遙遠星球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和演化過程。

當然，這種液態(tài)碳存在于極端的環(huán)境中，一旦壓力和溫度恢復正常，它會立刻重新凝結(jié)成金剛石或石墨，因此無法像普通液體一樣被盛放在容器中。但這項突破性的研究，已經(jīng)為未來的科學探索開辟了新的道路。未來，我們或許能利用這種技術(shù)，在受控條件下，制造出具有獨特性能的新型碳材料，甚至能模擬宇宙中的極端環(huán)境，探索更多未知的物理現(xiàn)象。

這項來自普渡大學的突破，再次證明了人類探索未知世界的無限潛能。未來，碳這種最基本的元素，或許將以我們從未想象過的形態(tài)，改變我們的生活。

參考資料：DOI:10.1038/s41586-025-09035-6