Lasers de alta potência produzem carbono líquido pela primeira vez, avançando no projeto do ablator de fusão

Pesquisadores capturaram https://www.nature.com/articles/s41586-025-09035-6 os primeiros instantâneos detalhados de difração de raios X de carbono líquido sob pressões próximas a um milhão de atmosferas, revelando um fluido transitório, com ligações tetraédricas, em vez de uma sopa atômica densamente compactada. As medições, feitas por meio do disparo do laser DiPOLE 100-X em carbono vítreo e da sondagem da matéria chocada com pulsos de 18 keV do XFEL europeu, mostram cerca de quatro vizinhos mais próximos por átomo - longe da dúzia esperada em líquidos simples - e fornecem uma referência sólida para simulações de dinâmica quântica-molecular do carbono em condições extremas.

A equipe observou a transição do carbono amorfo para o diamante a ~80 GPa, seguida pela fusão completa no líquido a ~160 GPa. A análise de Fourier dos dados de difração indicou um número de coordenação de primeira concha de 3,78 ± 0,15 e um modesto salto de volume de 7% na fusão, valores compatíveis com os recentes cálculos de primeiros princípios. Esses dados também permitiram uma estimativa experimental do calor latente de fusão (~130 kJ mol-1) e validaram a inclinação positiva de 11 K GPa-1 da curva de fusão do carbono nessa faixa de pressão.

Essa percepção microscópica é importante para a fusão por confinamento inercial (ICF). Os projetos atuais de ignição, incluindo o disparo recorde da National Ignition Facility recorde da National Ignition Facilitydependem de um invólucro de carbono (diamante) de alta densidade que envolve e comprime simetricamente um alvo de deutério-tritium. Esse invólucro é intencionalmente levado próximo ao seu ponto de fusão durante o choque inicial; sua resposta - força, opacidade, capacidade de calor - define o cenário para o restante da implosão. Uma imagem completa da estrutura e da equação de estado do carbono líquido, portanto, alimenta diretamente o futuro projeto do ablator de fusão e a modelagem hidrodinâmica preditiva.

O estudo também destaca a diferença de desempenho entre os revestimentos de carbono cristalino e amorfo. Os conceitos emergentes da ICF exploram filmes amorfos de menor densidade e ricos em hidrogênio para atenuar o pré-aquecimento e melhorar a simetria da implosão. Os novos dados de estado líquido oferecem um caminho para personalizar esses filmes: combinar a porosidade, ajustar a profundidade óptica e selecionar composições que mantenham características de fusão favoráveis sob carga de choque.

Além da fabricação direta de alvos, os resultados funcionam como um conjunto de treinamento de alta qualidade para potenciais interatômicos de aprendizado de máquina, o que acelera drasticamente as simulações de dinâmica molecular do carbono sob choque - permitindo que os senhores alcancem tamanhos de sistema maiores e escalas de tempo mais longas do que seria prático de outra forma.