ساخت جواهر با استفاده از نور | دانشمندان بدون فشار و حرارت الماس ساختند

همشهری آنلاین: تا پیش از این، الماس‌ یا در دل زمین و تحت فشار و دمای بسیار بالا شکل می‌گرفت یا به روش رسوب بخار شیمیایی (CVD) در آزمایشگاه ساخته می‌شد. اما تیم پژوهشگران دانشگاه توکیو به سرپرستی پروفسور «ایچی ناکامورا» روشی ابداع کردند که با آن می‌توان نانوالماس‌هایی به قطر حدود ۱۰ نانومتر را در شرایطی بسیار ملایم‌تر تولید کرد.

از آدامانتان تا نانوالماس

به گزارش آی ای، ماده اولیه این فرایند «آدامانتان» است؛ مولکولی هیدروکربنی با ساختار قفسه‌ای که اسکلت چهاروجهی آن بسیار شبیه به الماس است. در این ترکیب، اتم‌های کربن مانند الماس مرتب شده‌اند، اما هر کربن با یک اتم هیدروژن پوشیده شده است. برای تبدیل آدامانتان به الماس، لازم است پیوندهای کربن-هیدروژن شکسته شده و پیوندهای کربن-کربن جدید تشکیل شوند.

بیشتر بخوانید:

ناکامورا و همکارانش با استفاده از پرتو الکترونی در میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) این کار را عملی کردند و برخلاف باور رایجی که معتقد است پرتو الکترونی مواد آلی را به سرعت تخریب می‌کند، در این آزمایش، پرتو الکترونی سبب جدا شدن هیدروژن‌ها و اتصال کربن‌ها شد. فرایندی که در نتیجه آن، همزمان با شکل‌ گرفتن شبکه بلوری الماس، گاز هیدروژن آزاد شد.

انقلاب در سنتز میکروسکوپی مواد

این دستاورد نه‌تنها فشار و گرمای شدید برای ساخت الماس را غیرضروری کرد، بلکه نشان داد پرتو الکترونی می‌تواند واکنش‌های شیمیایی کنترل‌شده ایجاد کند. این یافت همچنین این باور دیرینه‌ را نکه معتقد است تابش پرتو الکترونی همیشه نمونه‌های آلی را نابود می‌کند، نقض کرده است.

آزمایش این تیم پژوهشگر دستاورد علمی دیگری هم داشت که نشان داد ساختار منحصربه‌فرد مولکول «آدامانتان» کلید موفقیت این روش است، چراکه سایر هیدروکربن‌ها نتیجه مشابهی نداشتند.

کاربردهای نانوالماس

نانوالماس‌های حاصل می‌توانند نقش مهمی در صنایع پیشرفته داشته باشند. از جمله در فناوری‌های کوانتومی که به مراکز رنگی (color centers) در الماس‌ها برای ساخت رایانه‌ها و حسگرهای کوانتومی نیاز دارند. همچنین در مهندسی سطح، لیتوگرافی و حتی اخترشیمی این روش نویدبخش است. برای نمونه، امکان دارد برخی الماس‌های موجود در شهاب‌سنگ‌ها به همین شیوه و بر اثر تابش ذرات کیهانی پدید آمده باشند.

به گفته ناکامورا، این نمونه از سنتز الماس نشان می‌دهد که اگر مولکول‌ها ویژگی مناسب داشته باشند، پرتو الکترونی نه‌تنها آن‌ها را تخریب نمی‌کند، بلکه واکنش‌های شیمیایی دقیق و هدفمندی را امکان‌پذیر می‌سازد.