Специалисты из Токийского университета добились значительного прорыва в создании наноразмерных алмазов. Ими был предложен способ их формирования, не требующий экстремальных температур или высокого давления. Этот подход заставляет по-новому взглянуть на некоторые принципы химии, применяя электронные пучки для изменения химических связей. Данное достижение открывает путь к новым возможностям в разработке материалов с квантовыми характеристиками, основанных на наноалмазах.
Источник изображения: www.sciencedaily.com
Долгое время в научном сообществе преобладало убеждение, что электронные пучки повреждают органические молекулы, включая зародыши синтетических алмазов — различные соединения углерода и водорода. Группа исследователей из Токийского университета приближалась к этому открытию почти два десятилетия, и теперь их усилия увенчались успехом: учёные получили наноалмазы из адамантана (C₁₀H₁₆), облучив его электронным пучком при комнатных условиях. Учитывая растущий интерес к синхротронам по всему миру, значение этого открытия сложно преувеличить. Производство материалов с наноалмазами может быть легко адаптировано для крупномасштабного выпуска.
Электронный пучок удалял атомы водорода в молекулах адамантана, преобразуя связи углерод–водород в связи углерод–углерод, что привело к формированию характерной для алмаза кристаллической структуры. По своей сути химическая реакция протекала без традиционных условий, когда несколько реагентов вступают во взаимодействие.
Кроме огромного потенциала для преобразования материаловедения, это достижение вносит существенный вклад в методы визуализации в биологии и анализе материалов, а также углубляет понимание естественного образования алмазов в космических объектах (например, в метеоритах) или в радиоактивных горных породах.
Метод включает подготовку нанокристаллов адамантана и их облучение электронными пучками с напряжением 80–200 кэВ при температурах от 100 до 296 K (–173,15...+22,85 °C) в вакууме в течение нескольких секунд. Применение просвечивающей электронной микроскопии позволяет наблюдать процесс в реальном времени на атомном уровне, преодолевая ограничения предыдущих подходов. В результате воздействия электронного пучка формируются практически идеальные наноалмазы диаметром до 10 нм с выделением газообразного водорода.
Эксперименты продемонстрировали, что электроны не повреждают органические молекулы, а способны запускать строго направленные химические процессы при соответствующих молекулярных характеристиках. Данная разработка также расширяет перспективы электронной литографии, где остро ощущается потребность в инновациях на фоне постоянного уменьшения размеров полупроводниковых элементов. Кроме того, квантовые вычисления и квантовые точки (применяемые в дисплеях и других устройствах) также могут получить преимущество от новых технологических подходов к синтезированию наноразмерных алмазных структур.
