Японцы научились выращивать алмазы без запредельных температур и давления, но очень маленькие

Исследователи из Токийского университета сделали огромный шаг вперед в области синтеза миниатюрных алмазов размером всего в несколько нанометров. Им удалось создать технологию, позволяющую получать драгоценные камни без экстремальных условий температуры и давления. Вместо этого применяется поток электронов, позволяющий трансформировать химические связи молекул.

Это достижение меняет наше представление о ряде фундаментальных процессов в химии и открывает перспективы для разработки совершенно новых материалов с уникальными квантовыми характеристиками, основой которых станут наноалмазы.

До недавнего времени считалось, что электронный луч способен лишь разрушать органические молекулы, включая и сами зародыши искусственных алмазов — разные углеводородные структуры. Но японским специалистам потребовалось примерно двадцать лет упорных исследований, чтобы доказать обратное: благодаря направленным электронам возможно создание уникальных структур, состоящих исключительно из атомов углерода.

Для своего эксперимента учёные использовали особое соединение — адамантан (C₁₀H₁₆). Обработанный потоком электронов при комнатной температуре, этот материал теряет водород и превращается в идеально организованный кристалл классического алмаза.

Важнее всего здесь то, что подобные технологии легко внедрить в массовое производство, учитывая растущую популярность электронных ускорителей типа синхротронов.

Процесс преобразования выглядит довольно необычно даже для химиков: под воздействием потока электронов водород улетучивается из молекулы, оставляя только прочные связи между атомами углерода.

Это значит, что получение твёрдого материала фактически осуществляется без классических признаков химической реакции, где взаимодействуют сразу несколько веществ.

Открытие японской группы имеет огромное значение не только для науки о материалах, но и для развития технологий анализа веществ и живых организмов. Ведь теперь мы можем гораздо лучше понимать процессы образования алмазов не только в лабораториях, но и в природных условиях, будь то космические тела вроде метеоритов или земные породы, содержащие следы древних ядерных реакций.

Экспериментальная методика заключается в подготовке мельчайших частиц адамантана, которые затем обрабатываются потоком высокоэнергетичных электронов в специальных вакуумных камерах. Электронный микроанализ дает уникальную возможность следить за происходящими изменениями прямо на атомном уровне. Под действием лучей получаются практически идеальные наноалмазы размерами менее 10 нм.

Эти исследования показывают, что электроны способны не только уничтожать органику, но и запускать конкретные цепочки реакций при условии правильного подбора исходных соединений.

Новый подход обещает революционизировать целый ряд отраслей, начиная от микролитографии полупроводников и заканчивая созданием квантовых компьютеров и экранов будущего поколения.

Таким образом, японцам удалось совершить настоящий научный переворот, доказав, что иногда самые передовые идеи рождаются именно там, где никто не ожидает их увидеть.