Учёные пересчитали температуру плавления алмаза: ошибка превысила 700 °C

Температура плавления алмаза при сверхвысоких давлениях оказалась существенно ниже, чем считалось последние двадцать лет. Специалисты Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) провели серию экспериментов и выявили ошибку в прежних данных, достигавшую 700 с лишним градусов Цельсия. Согласно новым измерениям, при давлении от 660 до 1060 гигапаскалей алмаз переходит в жидкое состояние примерно при 6727 °C — и это куда ближе к тому, что предсказывают квантово-механические расчёты.

Разрыв между теорией и практикой держался почти два десятилетия и в пике составлял 1244 °C. Чтобы закрыть его, исследователи обстреляли микроскопические образцы синтетического алмаза ультрафиолетовым лазером на установке Omega в Лаборатории лазерной энергетики Университета Рочестера. Ударное сжатие создавало кратковременные состояния при давлениях вплоть до 1 терапаскаля, а фиксировать происходящее позволяли сразу три метода: рентгеновская дифракция, пирометрия и измерение отражения света.

Попутно эксперимент поставил точку в давнем споре о поведении углерода. Раньше допускали, что перед плавлением алмаз успевает перестроиться в другую кристаллическую решётку — например, в структуру BC8. Новые рентгеновские данные эту гипотезу не подтвердили: при одиночном ударном сжатии алмаз сохраняет исходную структуру вплоть до плавления, после чего превращается в металлический жидкий углерод. Любопытная деталь — с ростом давления температура плавления слегка снижается, а не растёт.

Значение результата выходит далеко за пределы физики экстремальных состояний вещества. Алмаз служит оболочкой микрокапсул в опытах по инерционному термоядерному синтезу, где лазеры сжимают топливо до запредельных давлений и температур. Более точное знание момента плавления, по оценке LLNL, позволяет обойтись менее мощным первым ударным импульсом и лучше сжать топливо. Расчёты показывают: если удастся взять под контроль прочие потери, энергетический выход способен вырасти втрое.

Есть у этих данных и астрофизический адрес. Они уточняют модели недр Урана и Нептуна, где при колоссальных давлениях может идти так называемый «алмазный дождь» — выпадение углеродных кристаллов в глубинных слоях. Так что уточнённые 6727 °C работают сразу на двух фронтах: приближают управляемый термоядерный синтез и делают понятнее, что происходит внутри ледяных гигантов Солнечной системы.