Japanners maken échte diamanten in het lab die niet te onderscheiden zijn van natuurlijke - zonder extreme druk of hitte
In dit artikel:
Onderzoekers van de Universiteit van Tokio onder leiding van professor Eiichi Nakamura hebben onlangs in Science beschreven hoe ze met een gerichte elektronenstraal zuivere nanodiamanten van ongeveer 10 nm konden maken. In plaats van de gebruikelijke methoden die hoge druk en temperatuur vereisen (HPHT) of chemische dampdepositie (CVD), gebruiken zij een transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) om kristalletjes van adamantaan — een kooi‑achtig koolwaterstof met dezelfde tetraëdrische koolstofbindingen als diamant — te bestralen. De elektronen verwijderen selectief waterstofatomen, waardoor de koolstofatomen nieuwe bindingen vormen en geleidelijk een perfecte diamantroosterstructuur ontstaat; waterstofgas ontsnapt als bijproduct.
Het resultaat zijn nanodiamanten die structureel puur diamant blijken en geen typische productiesporen van HPHT of CVD vertonen, waardoor ze op nanoschaal niet van natuurlijke diamant te onderscheiden zijn. Dat is opvallend omdat elektronenbundels doorgaans organische moleculen beschadigen; Nakamura’s team toont dat met de juiste moleculaire voorstructuur de elektronen juist een gecontroleerde chemische transformatie kunnen initiëren. Dit concept wordt soms Electron Beam Chemistry genoemd en verandert de rol van elektronenmicroscopie van louter observeren naar gericht bouwen op nanoschaal.
De implicaties zijn breed: zulke nanodiamanten kunnen color centers bevatten die relevant zijn voor qubits en ultrasensitieve quantumsensoren; elektronenbundels zouden ook gebruikt kunnen worden om materialen in fijne patronen te “schrijven” voor lithografie en oppervlaktebewerking; en de bevinding ondersteunt hypothesen dat diamantvorming in meteorieten en ander kosmisch materiaal door stralingsprocessen kan verlopen, niet alleen door hitte en druk. Verder worden toepassingen in biomedische contrastmiddelen en fotonica genoemd.
Beperkingen zijn er nog: de methode is nu kostbaar en beperkt tot nanoschaal. Toch vertegenwoordigt deze aanpak een fundamentele verandering in materiaalwetenschappen en microscopie: precieze elektronensstralen kunnen niet alleen beelden maken maar ook functionele materialen synthetiseren, met potentiële gevolgen voor toekomstige quantumtechnologieën en geavanceerde materiaalfabricage.