Cientistas da Universidade de Tóquio fizeram uma descoberta revolucionária na síntese de diamantes em nanoescala. Eles desenvolveram um método para cultivá-los sem altas temperaturas ou pressão. Essa tecnologia repensa diversos aspectos da química e utiliza feixes de elétrons como ferramenta para modificar ligações químicas. Esse desenvolvimento pode levar a novas descobertas no campo de materiais com propriedades quânticas, baseados em nanodiamantes.
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Por muito tempo, os cientistas acreditaram que os feixes de elétrons destruíam moléculas orgânicas, incluindo as sementes para diamantes sintéticos — vários compostos de carbono e hidrogênio. Uma equipe de cientistas da Universidade de Tóquio passou quase vinte anos trabalhando para alcançar esse resultado e, hoje, tem muito do que se orgulhar: eles sintetizaram nanodiamantes a partir de adamantano (C₁₀H₁₆) irradiando-o com um feixe de elétrons à temperatura ambiente. Dado o crescente interesse em síncrotrons em todo o mundo, essa descoberta é de extrema importância. A produção de materiais nanodiamante poderia ser ampliada com relativa facilidade para produção em massa.
O feixe de elétrons removeu átomos de hidrogênio das moléculas de adamantano e converteu ligações carbono-hidrogênio em ligações carbono-carbono, transformando sua estrutura cristalina na estrutura cristalina clássica do diamante. A reação química, em essência, ocorreu sem as barreiras usuais das reações químicas em que dois ou mais reagentes interagem.
Além de seu significativo potencial para transformar a ciência dos materiais, a descoberta traz avanços importantes para os métodos de imagem em biologia e análise de materiais, e também amplia nossa compreensão da formação natural de diamantes no espaço (em meteoritos) ou em rochas radioativas.
O método envolve a preparação de cristais de adamantano em nanoescala e sua irradiação com feixes de elétrons de 80 a 200 keV em temperaturas que variam de 100 a 296 K (–173,15 a +22,85 °C) no vácuo por vários segundos. Usando microscopia eletrônica de transmissão, o processo pode ser observado em tempo real em escala atômica.Essa inovação, que supera as limitações dos métodos anteriores, foi alcançada em alto nível. O feixe de elétrons produz nanodiamantes quase perfeitos com até 10 nm de diâmetro, liberando gás hidrogênio.
Experimentos demonstraram que os elétrons não destroem moléculas orgânicas, mas podem, em vez disso, iniciar reações altamente específicas, dadas as propriedades moleculares apropriadas. Esse desenvolvimento também abre novos horizontes na litografia por feixe de elétrons, que tem sofrido com a falta de avanços significativos à medida que a produção de semicondutores se miniaturiza. Por fim, a computação quântica e os pontos quânticos (em telas e outras aplicações) também prometem se beneficiar de novos processos tecnológicos para a síntese relativamente simples de diamantes em nanoescala.