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

Учёные из Токийского университета совершили прорыв в синтезе алмазов нанометрового размера. Они разработали метод их выращивания без применения высоких температур или давления. Технология заставляет переосмыслить ряд аспектов химии и использует в своей основе электронные пучки как инструмент для модификации химических связей. Разработка может привести к новым открытиям в сфере материалов с квантовыми свойствами, в основе которых лежат наноалмазы.

Долгое время в учёной среде бытовало мнение, что электронные пучки разрушают органические молекулы, к которым также относятся затравки для синтетических алмазов — разнообразные соединения углерода и водорода. Коллектив учёных из Токийского университета около двадцати лет шёл к этому результату и сегодня ему есть чем гордиться: учёные смогли синтезировать наноалмазы из адамантана (C₁₀H₁₆), облучив его электронным пучком в комнатных условиях. Учитывая рост интереса к синхротронам во всём мире, это открытие трудно переоценить. Выпуск материалов с наноалмазами можно будет относительно просто развернуть в условиях массового производства.

Электронный пучок удалял атомы водорода в молекулах адамантана и преобразовывал связи углерод–водород в углерод–углерод, превращая его кристаллическую решётку в классическую кристаллическую решётку алмаза. Химическая, по сути, реакция протекала без привычных атрибутов химических реакций, когда два или более реагентов вступают во взаимодействие.

Помимо значительного потенциала для трансформации материаловедения, открытие вносит много нового в методы визуализации в биологии и анализе материалов, а также расширяет понимание естественного формирования алмазов в космосе (в метеоритах) или в радиоактивных породах.

Метод включает подготовку нанометровых кристаллов адамантана и их облучение электронными пучками напряжением 80–200 кэВ при температурах от 100 до 296 K (–173,15...+22,85 °C) в вакууме в течение нескольких секунд. Использование просвечивающей электронной микроскопии позволяет наблюдать процесс в реальном времени на атомном уровне, преодолевая ограничения предыдущих методов. В результате воздействия электронного пучка образуются почти идеальные наноалмазы диаметром до 10 нм с выделением газообразного водорода.

Как показали опыты, электроны не разрушают органические молекулы, а могут инициировать весьма определённые реакции при наличии подходящих молекулярных свойств. Разработка также открывает новые горизонты в электронной литографии, где так не хватает прорывов по мере уменьшения масштабов производства полупроводников. Наконец, квантовые вычисления и квантовые точки (в дисплеях и не только) также обещают выиграть от новых техпроцессов по относительно простому синтезу алмазов нанометровых размеров.