Penelitian berlian sintetis meneliti interaksi molekuler organik di bawah mikroskop.
Para ilmuwan telah lama mengembangkan teknik yang berbeda untuk menghasilkan berlian buatan, tetapi metode baru dari para peneliti, termasuk tim di Universitas Tokyo, menawarkan keunggulan yang mengejutkan. Dengan menyiapkan sampel dengan cara tertentu sebelum mengekspos mereka ke sinar elektron, kelompok menemukan bahwa proses mereka tidak hanya mendukung pembentukan berlian tetapi juga melindungi bahan organik dari kerusakan yang biasanya ditimbulkan oleh balok tersebut. Terobosan ini dapat membuka pintu untuk metode pencitraan dan analisis yang lebih maju.
Secara tradisional, penciptaan berlian bergantung pada mengubah sumber karbon di bawah kondisi fisik yang ekstrem. Ini termasuk tekanan puluhan gigapascal dan suhu yang mencapai ribuan Kelvin, di mana berlian tetap stabil secara termodinamik. Pendekatan lain melibatkan deposisi uap kimia, metode di mana berlian sebenarnya tidak stabil. Sebaliknya, Profesor Eiichi Nakamura dan rekan-rekannya di Departemen Kimia Universitas Tokyo mengejar strategi bertekanan rendah yang memanfaatkan iradiasi elektron yang dikontrol dengan cermat yang diterapkan pada molekul sangkar karbon yang dikenal sebagai Adamantane (C10H16).
Apa yang membuat Adamantane sangat menjanjikan adalah kesamaan strukturalnya dengan berlian. Keduanya berbagi kerangka karbon tetrahedral, simetris dengan atom yang diatur dalam konfigurasi spasial yang sama. Ini menjadikan Adamantane bahan awal yang menarik untuk produksi nanodiamond. Namun, konversi yang berhasil tergantung pada penghapusan ikatan C-H adamantane yang tepat untuk memungkinkan obligasi C-C baru terbentuk, sedangkan blok bangunan individu berkumpul menjadi kisi berlian tiga dimensi. Meskipun persyaratan ini sudah diketahui di lapangan,
“Masalah sebenarnya adalah tidak ada yang mengira itu layak,” kata Nakamura.
Dari teori ke observasi
Sebelumnya, spektrometri massa, teknik analitik yang mengurutkan ion sesuai dengan massa dan muatannya yang berbeda, telah menunjukkan bahwa ionisasi elektron tunggal dapat digunakan untuk memfasilitasi pembelahan ikatan C-H tersebut. Spektrometri massa, bagaimanapun, hanya dapat menyimpulkan pembentukan struktur dalam fase gas, dan tidak dapat mengisolasi produk dari reaksi antar molekul.
Tim ini diminta untuk memantau ionisasi yang berdampak elektron dari adamantane padat pada resolusi atom menggunakan teknik analitik dan pencitraan yang disebut transmisi elektron mikroskop (TEM), iradiasi subrocrystals pada 80-200 kiloelektron volt pada 100-296 Kelvin dalam vakum untuk puluhan detik. Metode ini tidak hanya akan mengungkapkan evolusi pembentukan nanodiamond yang terpolimerisasi, tetapi juga memberikan konsekuensi yang kuat untuk potensi TEM sebagai alat untuk menyelesaikan reaksi terkontrol dari molekul organik lainnya.
Untuk Nakamura, yang telah bekerja pada kimia sintetis selama 30 tahun dan perhitungan kimia kuantum komputasi selama 15 tahun, penelitian ini menawarkan peluang terobosan. “Data komputasi memberi Anda jalur reaksi ‘virtual’, tetapi saya ingin melihatnya dengan mata,” katanya. “Namun, kebijaksanaan umum di antara spesialis TEM adalah bahwa molekul organik terurai dengan cepat ketika Anda menyinari balok elektron pada mereka. Penelitian saya sejak 2004 telah menjadi pertempuran yang konstan untuk ditunjukkan sebaliknya.”
Kelahiran Nanodiamonds
Proses ini menghasilkan nanodiamond bebas cacat dari struktur kristal kubik, disertai dengan letusan gas hidrogen, berdiameter hingga 10 nanometer di bawah iradiasi yang berkepanjangan. Gambar TEM yang diselesaikan dengan waktu menggambarkan bagian dari oligomer adamantane yang terbentuk berubah menjadi nanodiamond bola, dimoderasi oleh laju pembelahan C-H. Tim juga menguji hidrokarbon lain, yang gagal membentuk nanodiamonds, menyoroti kesesuaian adamantane sebagai prekursor.
Temuan membuka paradigma baru untuk memahami dan mengendalikan kimia di bidang litografi elektron, rekayasa permukaan, dan mikroskop elektron. Analisis konversi nanodiamond mendukung ide-ide lama bahwa pembentukan berlian dalam meteorit ekstraterestrial dan batuan sedimen karbon yang mengandung uranium dapat didorong oleh iradiasi partikel berenergi tinggi. Nakamura juga menunjuk ke dasar yang disediakan untuk mensintesis titik -titik kuantum yang didopesisasi, penting untuk konstruksi komputer dan sensor kuantum.
Sebagai bab terakhir dalam mimpi penelitian selama 20 tahun, Nakamura mengatakan, “Contoh sintesis berlian ini adalah demonstrasi utama bahwa elektron tidak menghancurkan molekul organik tetapi membiarkannya menjalani reaksi kimia yang terdefinisi dengan baik, jika kita memasang sifat yang sesuai dalam molekul untuk diradiasi.” Dengan selamanya mengubah permainan di bidang yang menggunakan balok elektron untuk penelitian, mimpinya sekarang dapat memberikan visi bagi para ilmuwan untuk tidak berpakaian interaksi di bawah iradiasi elektron.
Referensi: “Formasi Nanodiamond yang Cepat dan Temperature oleh Aktivasi Bond-Bond-Bond Elektron CaMante C-H” oleh Jiarui Fui, Takamura dan Eichichi Nakura, 4 September 2025, Sains.
Doi: 10.1126/science.adw2025
Pendanaan: JSPS Kakenhi, JST Presto
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan buletin ScitechDaily.
BN Babel
