Para peneliti telah menyelesaikan eksperimen inovatif di Eropa XFEL.
Tim ilmuwan internasional, dipimpin oleh University of Rostock dan Helmholtz-Center Dresding-Rostendorf (HZDR), berangkat untuk menyelidiki materi di bawah tekanan ekstrem. Pada tahun 2023, mereka menggunakan dipol laser daya tinggi 100-X di XFEL Eropa untuk pertama kalinya, mencapai hasil yang luar biasa. Eksperimen terobosan mereka berhasil menangkap perilaku karbon cair, sebuah pencapaian yang belum pernah dicapai sebelumnya, seperti yang dilaporkan dalam jurnal Alami.
Karbon cair terjadi secara alami di planet ini dan dapat memainkan peran penting dalam teknologi energi masa depan seperti fusi nuklir. Tetapi sampai sekarang, para peneliti hanya tahu sedikit tentang situasi sulit ini. Tantangannya terletak pada kenyataan bahwa karbon tidak meleleh dalam kondisi normal. Sebaliknya, ia melewati fase cair sepenuhnya dan berubah langsung menjadi gas.
Untuk berubah menjadi cair, karbon membutuhkan tekanan ekstrem yang dikombinasikan dengan suhu sekitar 4.500 derajat CelsiusTitik peleburan tertinggi dari bahan yang diketahui. Berisi kondisi seperti itu dalam pengaturan laboratorium sudah lama tidak mungkin karena tidak ada wadah fisik yang dapat bertahan hidup.
Kompresi laser memberikan terobosan. Dengan memberikan ledakan energi yang intens dan pendek, laser dipol 100-X dapat mengubah karbon padat menjadi cairan hanya selama satu detik. Tantangan sebenarnya adalah menangkap data selama momen cepat itu. Berkat kemampuan unik Xfel Europe, laser x-ray paling kuat di dunia yang terletak di Schenefeld dekat Hamburg, para peneliti akhirnya dapat melakukan pengukuran ini. Pulsa sinar-X Ultrashort memungkinkan untuk menyelidiki keadaan cair secara real time, mengubah eksperimen yang dulunya tidak terbayangkan menjadi kenyataan.
Teknologi pengukuran unik dalam kombinasi ini
Kombinasi unik XFEL Europe dengan laser laser berkinerja tinggi sangat penting untuk keberhasilan percobaan. Ini dikembangkan oleh Dewan Fasilitas Sains dan Teknologi Inggris dan tersedia bagi para ilmuwan dari seluruh dunia oleh Konsorsium Pengguna Hibef (Helmholtz International Beamline untuk bidang ekstrem). Komunitas Institut Penelitian Internasional terkemuka di Stasiun Eksperimental HED-Hibef (Kepadatan Energi Tinggi) di Eropa XFEL kini telah menggabungkan kompresi laser yang kuat dengan analisis sinar-X Ultrafast dan detektor area sinar-X yang besar untuk pertama kalinya.
Dalam percobaan, pulsa berenergi tinggi dari gelombang kompresi drive drive drive dipol100-X melalui sampel karbon padat dan bahan lelehan untuk nanoseconds, yaitu, untuk sepersekian detik. Selama nanodetik ini, sampel diiradiasi dengan flash laser sinar-X Ultrashort dari Xfel Europe. Atom karbon menyebarkan cahaya sinar-X dengan cara cahaya dibedakan oleh kisi. Pola difraksi memungkinkan kesimpulan untuk ditarik tentang susunan atom saat ini dalam karbon cair.
Seluruh percobaan hanya berlangsung beberapa detik tetapi diulang berkali-kali: setiap kali dengan pulsa sinar-X yang sedikit tertunda atau di bawah kondisi tekanan dan suhu yang sedikit berbeda. Banyak snapshot bergabung untuk membuat film. Dengan demikian, para peneliti dapat melacak transisi dari fase padat ke fase cair satu langkah pada satu waktu.
Struktur seperti air dan titik leleh yang akurat ditentukan
Pengukuran mengungkapkan bahwa dengan empat tetangga terdekat masing -masing, sistemik karbon cair mirip dengan berlian padat. “Ini adalah pertama kalinya kami dapat mengamati struktur karbon cair secara eksperimental. Eksperimen kami mengkonfirmasi prediksi yang dibuat oleh simulasi canggih karbon cair. Kami melihat bentuk cairan yang kompleks, sebanding dengan air, yang memiliki sifat struktural yang sangat khusus,” jelas kepala kolaborasi kelompok kerja karbon pada penelitian, Prof. Dominic Kraus dari Rostok University.
Para peneliti juga berhasil mempersempit titik fusi. Sampai sekarang, prediksi teoretis tentang struktur dan titik leleh telah menyimpang secara signifikan. Tetapi pengetahuan yang tepat sangat penting untuk memodelkan planet dan konsep tertentu untuk pembangkit listrik melalui fusi nuklir.
Eksperimen dipol pertama di XFEL Eropa juga memberikan era baru dalam mengukur materi di bawah tekanan tinggi, sebagai pemimpin kelompok HED, Dr. Ulf Zastrau, menekankan, “Kami sekarang memiliki kotak alat untuk mengkarakterisasi materi dalam kondisi yang sangat eksotis dalam detail luar biasa.” Dan percobaan potensial masih jauh dari kelelahan. Di masa depan, hasil yang saat ini membutuhkan beberapa jam eksperimental dapat tersedia dalam beberapa detik – segera setelah kontrol otomatis yang kompleks dan pemrosesan data bekerja dengan cukup cepat.
Reference: “The Structure of the Liquid of Carbon Liquids. Liermann, II Oleynik, St. Pandolfi, R. Butcher, V. Central, J. Solemn, J. Collier. Galitsky, E Keen, J. Kim, P. Krygier, A. Krygier, L. Labate, A. Laso Garcia, Ae Lazicki, Lee, UN Nagler, M. Nakatsutumi, K. Nguyen-Cong, Am Tyldesley, SC Vogel, JT Wark, JT Willman, L 2025, Alami.
Dua: 10.1038/S41586-025-09035-6
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan Buletin ScitechDaily.
NewsRoom.id
