العلماء ينجحون في تصنيع الألماس دون حرارة أو ضغط

في نجاح علمي غير مسبوق تمكن باحثون من جامعة طوكيو من تحويل جزيئات عضوية إلى ألماس نانوي باستخدام حزم إلكترونية فقط، دون الحاجة إلى حرارة أو ضغط مرتفعين كما هو الحال في الطرق التقليدية؛ هذا الاكتشاف المذهل، الذي يقلب المفاهيم السائدة منذ عقود حول تفاعل الإلكترونات مع المواد العضوية، قد يحدث ثورة في علوم المواد ويفتح نافذة جديدة لفهم كيفية تكون الألماس في الفضاء.

قاد الفريق إيتشي ناكامورا من قسم الكيمياء بجامعة طوكيو، حيث استخدم جزيئا يعرف باسم الأدامانتان (C₁₀H₁₆)، وهو جزيء له هيكل كربوني يشبه تماما الشبكة البلورية للألماس، مما يجعله أساسا مثاليا لتكوين ألماس نانوي؛ وبدلا من استخدام الضغط والحرارة العالية عرض الباحثون بلورات الأدامانتان إلى حزم إلكترونية بطاقة تتراوح بين 80 و200 كيلو إلكترون فولت داخل ميكروسكوب إلكتروني ناقل، وفي ظروف تفريغ ودرجات حرارة منخفضة بين 100 و296 كلفن.

كانت المفاجأة أن الحزم الإلكترونية التي كان يعتقد سابقا أنها تتلف الجزيئات العضوية، أدت إلى إزالة ذرات الهيدروجين (C–H) بدقة واستبدالها بروابط كربونية (C–C) لتكوين شبكة ألماسية ثلاثية الأبعاد مثالية.

يقول ناكامورا: "كان الجميع يظن أن الإلكترونات تدمر الجزيئات العضوية، لكننا أثبتنا أنها يمكن أن تحفز تفاعلات كيميائية دقيقة إذا وضعت الجزيئات في ظروف مناسبة".

تمكن الفريق من رصد عملية التحول مباشرة باستخدام الميكروسكوب الإلكتروني، وهي سابقة في تاريخ الكيمياء، أظهرت الصور أن سلاسل جزيئات الأدامانتان بدأت بالتحول تدريجيا إلى ألماس نانوي كروي بقطر يصل إلى 10 نانومترات مع انبعاث غاز الهيدروجين؛ وقد أظهر التحليل البنيوي أن هذه الجسيمات تمتلك بنية مكعبة مثالية مثل الألماس الطبيعي.

توضح الدراسة أيضا أن معدل التفاعل كان مرتبطا بسرعة كسر روابط C–H، وأن أنواعا أخرى من الهيدروكربونات لم تنجح في إنتاج النتيجة نفسها، مما يؤكد تفرد الأدامانتان كمادة أولية لهذه العملية.

استغرق هذا الإنجاز نحو عشرين عاما من العمل؛ ويصف ناكامورا هذا الاكتشاف بأنه تحقيق لحلم طال انتظاره: "هذا المثال لتخليق الألماس هو البرهان الأقصى على أن الإلكترونات لا تدمر الجزيئات العضوية، بل يمكنها أن توجهها لتفاعلات كيميائية محددة، إذا كانت البنية الجزيئية معدة لذلك".