۷ سپتامبر ۲۰۲۵-عکس از نویسنده: کریستوفر مک‌فادن -تصویری نمایشی از یک الماس مصنوعی.دیوید تالوکدار/گتی ایمیجز
محققان دانشگاه توکیو روش جدیدی برای ایجاد الماس‌های مصنوعی با استفاده از تابش الکترونی ابداع کرده‌اند. آنها پیشنهاد می‌کنند که این تکنیک می‌تواند راه را برای اشکال جدید و قدرتمندی از تکنیک‌های تصویربرداری و تحلیلی هموار کند.
در حال حاضر، الماس‌ها معمولاً تحت شرایط شدید گرما و فشار، مانند شرایط اعماق زمین، یا از طریق یک فرآیند رشد کنترل‌شده به نام رسوب بخار شیمیایی تشکیل می‌شوند.با این حال، تیم ژاپنی به رهبری پروفسور ایچی ناکامورا، راهی برای ایجاد الماس‌های کوچک (نانوالماس‌ها) در فشارهای نسبتاً کم با استفاده از پرتو الکترونی کشف کرد.
ماده اولیه آنها آدامانتان بود، یک مولکول هیدروکربنی قفسی شکل با همان اسکلت کربنی چهاروجهی پایه الماس.در آدامانتان، اتم‌های کربن در آرایش الماس‌مانند صحیح قرار دارند، اما هر کربن با اتم‌های هیدروژن پوشانده شده است. همانطور که تیم توضیح می‌دهد، برای تبدیل آدامانتان به الماس، باید هیدروژن‌ها را حذف کنید (پیوندهای کربن-هیدروژن را بشکنید).
همچنین باید کربن‌ها را به هم متصل نمود (پیوندهای کربن-کربن جدید تشکیل شود). برای دستیابی به این هدف، تیم از پرتوهای الکترونی درون یک میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) استفاده کرد و آنها با دقت کریستال‌های آدامانتان را “برش” دادند.
ناکامورا گفت: “داده‌های محاسباتی مسیرهای واکنش “مجازی” را به شما می‌دهند، اما من می‌خواستم آن را با چشمانم ببینم. با این حال، باور رایج در میان متخصصان TEM این بود که مولکول‌های آلی به محض تاباندن پرتو الکترونی به آنها به سرعت تجزیه می‌شوند. تحقیقات من از سال ۲۰۰۴، نبردی مداوم برای نشان دادن خلاف این بوده است.»
به جای تخریب مولکول‌ها (که اکثر مردم فکر می‌کردند اتفاق می‌افتد)، پرتو باعث جدا شدن هیدروژن‌ها و اتصال کربن‌ها شد و در نتیجه به آرامی یک شبکه الماس تشکیل شد.در طول این فرآیند، گاز هیدروژن آزاد شد و نانوالماس‌های بدون نقص با قطر تا حدود ۱۰ نانومتر تشکیل شدند. این یک مسئله بزرگ است زیرا فرآیند جدید نیازی به فشار خردکننده یا گرمای سوزان ندارد.در عوض، تابش الکترون کنترل‌شده در شرایط متوسط انجام شد. همچنین، در بیشتر موارد، TEM معمولاً نمونه‌های آلی را زیر پرتو از بین می‌برد.
با این حال، تکنیک جدید نه تنها آنها را از بین نبرد، بلکه در واقع امکان یک واکنش شیمیایی کنترل‌شده را فراهم کرد. این برای میکروسکوپ انقلابی است.
جالب است که این تیم دریافت که آدامانتان کلید ماجرا است، زیرا سایر هیدروکربن‌ها کارساز نبودند. اسکلت الماس‌مانند آن، آن را به طور منحصر به فردی به عنوان یک پیش‌ساز مناسب می‌کند.
با نگاهی به آینده، این تکنیک جدید می‌تواند کاربردهای جالبی در صنایع مختلف داشته باشد. به عنوان مثال، می‌توان از آن برای توسعه فناوری کوانتومی جدید استفاده کرد که در آن نانوالماس‌ها می‌توانند میزبان “مراکز رنگی” (نقص‌های ریز) باشند که در رایانه‌ها و حسگرهای کوانتومی استفاده می‌شوند.
همچنین می‌تواند در مهندسی سطح و لیتوگرافی مورد استفاده قرار گیرد و روش‌های جدیدی برای “نوشتن” مواد با پرتوهای الکترونی ارائه دهد. اخترشیمی همچنین می‌تواند از این ایده که الماس‌های موجود در شهاب‌سنگ‌ها و سنگ‌ها ممکن است از طریق تابش ذرات کیهانی تشکیل شوند، نه صرفاً از طریق گرما و فشار، بهره‌مند شود.
با نگاهی به تصویر بزرگتر، این کشف، باور دیرینه مبنی بر اینکه پرتوهای الکترونی فقط مولکول‌های آلی را از بین می‌برند، را رد می‌کند. تیم ناکامورا نشان داده است که با طراحی مولکولی مناسب (مانند آدامانتان)، پرتوهای الکترونی می‌توانند واکنش‌های شیمیایی بسیار خاصی را هدایت کنند و مرزهای جدیدی را در سنتز نانومواد و میکروسکوپ الکترونی باز کنند.
ناکامورا توضیح داد: «این مثال از سنتز الماس، اثبات نهایی این است که الکترون‌ها مولکول‌های آلی را از بین نمی‌برند، بلکه به آنها اجازه می‌دهند تا واکنش‌های شیمیایی کاملاً مشخصی را انجام دهند، البته اگر خواص مناسبی را در مولکول‌های تحت تابش قرار دهیم.»
این مطالعه در مجله Science منتشر شده است.
