Des lasers à haute puissance produisent pour la première fois du carbone liquide, faisant progresser la conception des ablateurs de fusion

Des chercheurs ont capturé https://www.nature.com/articles/s41586-025-09035-6 les premiers clichés détaillés par diffraction des rayons X du carbone liquide à des pressions proches d'un million d'atmosphères, révélant un fluide transitoire à liaisons tétraédriques plutôt qu'une soupe atomique densément peuplée. Les mesures, effectuées en tirant avec le laser DiPOLE 100-X sur du carbone vitreux et en sondant la matière choquée avec des impulsions de 18 keV du XFEL européen, montrent environ quatre voisins les plus proches par atome - loin de la douzaine attendue dans les liquides simples - et fournissent une référence solide pour les simulations de dynamique moléculaire quantique du carbone dans des conditions extrêmes.

L'équipe a observé la transition du carbone amorphe au diamant à ~80 GPa, suivie d'une fusion complète dans le liquide à ~160 GPa. L'analyse de Fourier des données de diffraction a indiqué un nombre de coordination de première coquille de 3,78 ± 0,15 et un modeste saut de volume de 7 % au moment de la fusion, des valeurs cohérentes avec les récents calculs de premier principe. Ces données ont également permis une estimation expérimentale de la chaleur latente de fusion (~130 kJ mol-1) et ont validé la pente positive de 11 K GPa-1 de la courbe de fusion du carbone dans cette gamme de pression.

Ces connaissances microscopiques sont importantes pour la fusion par confinement inertiel (ICF). Les conceptions actuelles de l'allumage, y compris le tir record de la National Ignition Facility record de la National Ignition Facilityrepose sur une enveloppe de carbone (diamant) de haute densité qui entoure et comprime symétriquement une cible de deutérium-tritium. Cette enveloppe est intentionnellement amenée près de son point de fusion lors du choc initial ; sa réponse - résistance, opacité, capacité thermique - prépare le terrain pour le reste de l'implosion. Une image complète de la structure et de l'équation d'état du carbone liquide alimente donc directement la conception des futurs ablateurs de fusion et la modélisation hydrodynamique prédictive.

L'étude met également en évidence l'écart de performance entre les revêtements de carbone cristallin et amorphe. Les concepts ICF émergents explorent des films amorphes à faible densité et riches en hydrogène afin d'atténuer la préchauffe et d'améliorer la symétrie de l'implosion. Les nouvelles données relatives à l'état liquide permettent de personnaliser ces films : adaptation de la porosité, réglage de la profondeur optique et sélection de compositions qui conservent des caractéristiques de fusion favorables sous l'effet des chocs.

Au-delà de la fabrication directe de cibles, les résultats constituent un ensemble d'entraînement de haute qualité pour les potentiels interatomiques d'apprentissage automatique, qui accélèrent considérablement les simulations de dynamique moléculaire du carbone sous choc, vous permettant d'atteindre des tailles de système plus grandes et des échelles de temps plus longues que ce qui serait autrement possible.