Científicos japoneses cultivan diamantes con un haz de electrones, una nueva técnica de producción de diamantes artificiales
Los científicos llevan mucho tiempo desarrollando diferentes técnicas para producir diamantes artificiales, pero un nuevo método desarrollado por investigadores, entre ellos un equipo de la Universidad de Tokio , ofrece ventajas sorprendentes.
Al preparar las muestras de forma específica antes de exponerlas a un haz de electrones, el grupo descubrió que su proceso no solo favorece la formación de diamantes, sino que también protege los materiales orgánicos del daño que suelen causar dichos rayos. Este avance podría abrir la puerta a métodos de imagen y análisis más avanzados.
Tradicionalmente, la creación de diamantes se basa en la transformación de fuentes de carbono en condiciones físicas extremas. Estas incluyen presiones de decenas de gigapascales y temperaturas que alcanzan miles de grados kelvin, donde el diamante permanece termodinámicamente estable.
Otro enfoque consiste en la deposición química de vapor, un método en el que el diamante es inestable. En contraste, el profesor Eiichi Nakamura y sus colegas del Departamento de Química de la Universidad de Tokio aplicaron una estrategia de baja presión que utiliza una irradiación electrónica cuidadosamente controlada aplicada a una molécula de jaula de carbono conocida como adamantano ( C₁0₃H₁₂ ) .
Lo que hace al adamantano particularmente prometedor es su similitud estructural con el diamante. Ambos comparten una estructura de carbono tetraédrica y simétrica, con átomos dispuestos en la misma configuración espacial. Esto convierte al adamantano en un material de partida atractivo para la producción de nanodiamantes.
Sin embargo, el éxito de la conversión depende de la eliminación precisa de los enlaces C-H del adamantano para permitir la formación de nuevos enlaces C-C, mientras que los componentes individuales se ensamblan en una red tridimensional de diamante. Aunque este requisito ya se conocía en el campo, “el verdadero problema fue que nadie lo consideró factible”, dijo Nakamura.
Para Nakamura, quien había trabajado en química sintética durante 30 años y en cálculos químicos cuánticos computacionales durante 15, el estudio ofreció una oportunidad revolucionaria. “Los datos computacionales ofrecen rutas de reacción ‘virtuales’, pero yo quería verlo con mis propios ojos”, dijo. “Sin embargo, la creencia común entre los especialistas en TEM era que las moléculas orgánicas se descomponen rápidamente al aplicarles un haz de electrones. Mi investigación desde 2004 ha sido una batalla constante para demostrar lo contrario”.
El proceso produjo nanodiamantes de estructura cristalina cúbica sin defectos, acompañados de erupciones de gas hidrógeno, de hasta 10 nanómetros de diámetro bajo irradiación prolongada. Las imágenes de TEM con resolución temporal ilustraron el paso de los oligómeros de adamantano formados a nanodiamantes esféricos, moderado por la velocidad de clivaje C–H. El equipo también analizó otros hidrocarburos, que no lograron formar nanodiamantes, lo que destaca la idoneidad del adamantano como precursor.
