- 研究揭示鑽石在極端條件下的熔化行為，可能影響核融合能量增益。
- 鑽石的高壓相理解或改變行星內部模型，並影響聚變燃料包裹材料。
- 實驗結果與量子力學模擬相符，解決了長期存在的矛盾。
- 研究顯示鑽石熔化温度與預測值存在差異，提供新的衝擊熔化證據。
一項新的研究增進了對鑽石熔化過程的理解，這可能對於實現激光驅動核聚變中的更高能量增益也具有相關性。來自洛倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的研究人員記錄了在超過地球核心條件三倍的壓力下，鑽石是如何熔化的。LLNL 科學家馬裏烏斯·米洛特（Marius Millot）表示：「我們能夠取微小的鑽石樣本，並將其震撼壓縮到比太陽表面更熱的温度，以及比海王星和天王星中心更高的壓力，並且仍然能夠測量其原子結構、温度、密度和光學反射率。」
鑽石熔化對核融合的影響
該研究解決了該領域中兩個長期存在的矛盾，最終使實驗結果與基於量子力學的模擬相匹配。根據新聞稿，將研究結果應用於慣性約束聚變可能使能量增益增加三倍，而對鑽石高壓相的新的理解可能改變行星內部模型。研究人員還強調，鑽石不僅僅是耀眼的寶石——這種極其堅硬的碳形式構成了包裹慣性約束聚變燃料的顆粒，科學家們相信它在海王星和天王星等冰巨星的深處降落。在這兩種情況下，該材料都經歷了巨大的壓力。
直到現在，實驗和模擬對於鑽石在這種條件下的實際行為存在分歧。
該團隊還指出，LLNL 已經研究鑽石的極端行為數十年。實驗室科學家喬恩·埃格特（Jon Eggert）及其同事在約 20 年前開創了高壓熔化實驗，觀察到鑽石在熔化時密度會增加。米洛特表示：「雖然這在大多數材料中相當不尋常，但我們都知道這種行為的例子。液態水的密度大於冰，這使得冰塊會漂浮。喬恩的發現意味著在高壓下，鑽石會在液態碳中漂浮。」雖然這一工作在該領域具有里程碑意義，但也引發了更多問題。
熔化温度的實驗與理論差異
其中一個特別困惑了研究界：觀察到的鑽石熔化温度與預測值之間存在約 20%的差異。
米洛特表示：「無論理論學家怎麼做——即使使用最先進的計算機模擬技術——他們都無法重現實驗。」該研究發表於《自然》（Nature），解決了鑽石熔化温度的實驗與理論模擬之間的差異，並顯示鑽石結構可持續到 1 TPa。這與先前報告的過渡到 BC8 相矛盾，後者的密度泛函理論預測在超過約 1 TPa 的壓力下為碳的熱力學穩定相。研究結果提供了衝擊熔化的證據，顯示在約 7300 K 附近隨著壓力增加，熔化温度輕微下降。
研究人員表示：「我們的工作為極端條件下凝聚物質的量子模擬提供了原子尺度的基準，對行星內部具有影響。我們對鑽石熔化的改善理解可能對於實現激光驅動核聚變中的更高能量增益也具有相關性。」
鑽石熔化研究對核融合技術的潛在影響
這項研究不僅增進了對鑽石熔化過程的理解，還可能對激光驅動核融合技術的發展產生深遠影響。隨著對鑽石在極端條件下行為的深入認識，科學家們或許能夠提升核融合的能量增益，這對於可持續能源的未來至關重要。此外，鑽石在行星內部的角色也可能因此而重新評估，進一步推動行星科學的研究進展。