El carbono líquido, que podría encontrarse en el interior de los planetas gigantes, desempeña un papel importante en el desarrollo de tecnologías futuras de fusión nuclear, una fuente de energía limpia y casi ilimitada. Sin embargo, hasta la fecha se sabía muy poco sobre el carbono en su forma líquida, ya que en ese estado era prácticamente imposible estudiarlo en el laboratorio. A presión ambiente el carbono no se funde, sino que pasa inmediatamente al estado gaseoso, y sólo a elevadas presiones y temperaturas el carbono se vuelve líquido.

Se sabe que la compresión láser es capaz de convertir el carbono sólido en líquido en fracciones de segundo. “El reto consiste en utilizar estas fracciones de segundo para realizar mediciones y, de una forma antes inimaginable, esto se ha hecho realidad utilizando el DIPOLE 100-X, un láser de alta energía que permite crear condiciones con presiones de hasta 10.000 toneladas por centímetro cuadrado y temperaturas superiores a 10.000 grados en muy poco tiempo.”, comenta Daniel Errandonea, catedrático de física aplicada, investigador del Instituto de Ciencia de los Materiales (ICMUV) de la Universitat de València (UV) y coautor del trabajo que acaba de publicar Nature.

Gracias a las capacidades del DIPOLE 100-X, instalado en el láser de electrones libres de rayos X europeo (EuXFEL), el equipo de investigación ha combinado por primera vez la potente compresión láser con el análisis ultrarrápido de rayos X y detectores de rayos X de gran área.

Según el artículo, en el experimento los pulsos de alta energía del láser crean ondas de compresión a través de una muestra sólida de carbono y licúan el material durante una milmillonésima de segundo. Durante este breve periodo, la muestra se irradia con los rayos X del EuXFEL, y los átomos de carbono dispersan la luz de rayos X de forma similar a como la luz se difracta en una rejilla. De este modo, el patrón de difracción creado permite extraer información valiosa sobre la distribución de los átomos en el carbono líquido, la forma en que se organizan y las interacciones entre ellos.

Los resultados revelan que la estructura del carbono líquido es similar a la del diamante sólido, en la que cada átomo de carbono está rodeado de otros cuatro átomos de carbono. Tal disposición de los átomos de carbono es adoptada también en gran variedad de compuestos orgánicos y es fundamental para la estructura de numerosos materiales. También permiten determinar el punto de fusión, una información fundamental para su uso en ambientes donde la temperatura es un factor crítico, como los reactores de fusión. “Hasta ahora, las predicciones teóricas sobre la estructura del carbono líquido y el punto de fusión habían divergido significativamente. Su conocimiento preciso es crucial para la modelización planetaria y el diseño de mejores materiales para la generación de energía mediante fusión nuclear”, concluye el profesor titular de física aplicada David Santamaría-Pérez, miembro del equipo del ICMUV, coautor también del artículo e integrante, junto a D. Errandonea, del programa Materiales Avanzados del Plan Complementario de I+D+i.

El estudio es una colaboración internacional liderada por investigadores de la Universidad de Rostock y el Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. Además del Instituto de Ciencia de los Materiales de la Universitat de València, participan en el trabajo las universidades de Edimburgo y Oxford, los laboratorios nacionales de Los Álamos y Livermore, la Universidad de la Sorbona, el Instituto Paul Scherrer, y otras 35 instituciones científicas de Europa, EE. UU. y Asia.

Referencia:

D. Kraus, et al.: The structure of liquid carbon elucidated by in situ X-ray diffraction, in Nature, 2025. (DOI: 10.1038/s41586-025-09035-6)