"Отглеждане" на диаманти без екстремни температури и налягане. Вече е възможно

Учени от престижния Токийски университет направиха сензационен пробив в синтеза на диаманти. Те успяха да създадат нанодиаманти – съвършено малки кристали - чрез революционен метод, който напълно елиминира нуждата от драстично високите температури и екстремните налягания, които досега бяха смятани за задължителни. Тази технологична иновация не е просто улеснение в производството; тя пренаписва стари, закостенели схващания в органичната химия и широко отваря вратите към един изцяло нов клас материали с ценни квантови свойства.

В продължение на десетилетия научната общност беше категорична: електронните лъчи имат една-единствена роля спрямо органичните молекули, които служат за "зародиши" на синтетични диаманти – а именно, да ги разграждат и разрушават. Но екипът от Токийския университет, работейки упорито върху своята смела хипотеза в продължение на почти двайсет години, достигна до своя триумф: те успяха да синтезират нанодиаманти от органичното съединение адамантан ($C_{10}H_{16}$), облъчвайки го с фокусиран електронен лъч, при това при стайна температура. Този резултат преобърна десетилетията на научен догматизъм.

Тази химическа реакция е едновременно елегантна, прецизна и изключително "чиста". Електронният лъч изпълнява ролята на свръхточен наноскалпел, който прецизно отстранява водородните атоми от молекулите на адамантана. Вследствие на това, въглерод-водородните връзки мигновено се трансформират в изключително стабилни въглерод-въглеродни връзки. Това преструктуриране превръща кристалното скеле на адамантана в класическата, забележително здрава диамантена кристална решетка. По същество, химичната реакция протича, заобикаляйки традиционните изисквания за смесване на множество реагенти и постигане на сложни, енергоемки условия.

Въпреки че съществува голям глобален интерес към синхротронните източници на светлина, японското откритие предлага далеч по-прост, по-ефективен и значително по-мащабируем път към индустрията. Техният метод позволява относително лесно увеличаване на обема на производството, което е ключов фактор за масовото приложение на нанодиамантените материали. Самият процес е бърз – включва облъчване на нанометрови кристали адамантан с електронен лъч с енергия между 80 и 200 keV при температури, вариращи от –$173,15$ до +$22,85$ °C, във вакуум, като цялата трансформация трае едва няколко секунди. Уникалното е, че чрез трансмисионна електронна микроскопия учените могат да наблюдават целия процес в реално време на атомно ниво.

Резултатът от този нано-инженерен подвиг е производство на почти перфектни нанодиаманти, но с минимален диаметър, достигащ едва 10 nm.

Като единствен страничен продукт се отделя само освободеният водороден газ. Този нов метод предоставя мощен тласък на електронната литография – област, която отчаяно се нуждае от нови пробиви, за да продължи миниатюризацията в производството на полупроводници.

Несъмнено, потенциалът на нанодиамантите е огромен. Те са фундамент за развитието на квантовите изчисления и квантовите точки, използвани в дисплеите от ново поколение. Освен това, откритието задълбочава познанията ни за естественото образуване на диаманти в космоса (например в метеорити) и в радиоактивните скали. Едно е вече безусловно сигурно: електроните не само могат да разрушават органичните съединения, но и да инициират изключително специфични и градивни реакции, стига молекулите да притежават правилните, "подготвени" свойства.