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 para peneliti, termasuk tim di Universitas Tokyo, menawarkan keunggulan yang mengejutkan. Dengan menyiapkan sampel dengan cara tertentu sebelum mengeksposnya ke dalam sinar elektron, kelompok menemukan bahwa proses mereka tidak hanya mendukung pembentukan berlian tetapi juga melindungi bahan organik dari kerusakan yang biasanya disebabkan oleh balok. Terobosan ini dapat membuka pintu untuk metode pencitraan dan analisis yang lebih maju.
Secara tradisional, penciptaan berlian tergantung pada mengubah sumber karbon di bawah kondisi fisik yang ekstrem. Ini termasuk tekanan lusinan gigapascal dan suhu yang mencapai ribuan Kelvin, di mana berlian tetap stabil termodinamika. 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 tekanan rendah yang memanfaatkan iradiasi elektron yang dikendalikan yang diterapkan pada molekul sangkar karbon yang dikenal sebagai Adamantane (C10H16).
Apa yang membuat Adamantane sangat menjanjikan adalah kesamaan struktural dengan berlian. Keduanya berbagi kerangka karbon tetrahedral, simetris dengan atom yang diatur dalam konfigurasi spasial yang sama. Ini membuat bahan -bahan awal yang menarik adamantane untuk produksi nanodiamond. Namun, konversi yang berhasil tergantung pada penghapusan ikatan adamantane CH kanan untuk memungkinkan obligasi CC baru terbentuk, sementara blok bangunan individu berkumpul menjadi kisi berlian tiga dimensi. Meskipun persyaratan ini diketahui di lapangan,
“Masalah sebenarnya adalah tidak ada yang berpikir itu layak,” kata Nakamura.
Dari teori ke observasi
Sebelumnya, spektrometri massa, teknik analitik yang mengurutkan ion sesuai dengan massa dan muatan yang berbeda, telah menunjukkan bahwa ionisasi elektron tunggal dapat digunakan untuk memfasilitasi pembagian ikatan CH. Spektrometri massa, bagaimanapun, hanya dapat menyimpulkan pembentukan struktur dalam fase gas, dan tidak dapat mengisolasi produk dari reaksi antara molekul.
Tim diminta untuk memantau ionisasi elektron dari adamantane padat dalam resolusi atom menggunakan teknik analitik dan pencitraan yang disebut transmisi elektron mikroskop (TEM), iradiasi subrokristal dalam 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 molekul organik lainnya.
Untuk Nakamura, yang telah bekerja pada kimia sintetis selama 30 tahun dan perhitungan komputasi kimia kuantum selama 15 tahun, penelitian ini menawarkan peluang terobosan. “Data komputasi memberi Anda jalur reaksi 'virtual', tetapi saya ingin melihatnya dengan mata,” katanya. “Namun, kebijakan umum di antara spesialis TEM adalah bahwa molekul organik telah diuraikan dengan cepat ketika Anda menerangi balok elektron di dalamnya. Penelitian saya sejak 2004 telah menjadi pertempuran yang konstan untuk ditunjukkan sebaliknya.”
Kelahiran Nanodiamonds
Proses ini menghasilkan nanodiamond yang bebas dari cacat dari struktur kristal kubik, disertai dengan letusan gas hidrogen, diameter hingga 10 nanometer di bawah iradiasi yang berkepanjangan. Gambar TEM yang diselesaikan dengan waktu menggambarkan bagian oligomer adamantane yang dibentuk berubah menjadi bola nanodiamond, dimoderatori oleh laju pembagian ch. Tim juga menguji hidrokarbon lain, yang gagal membentuk nanodiamonds, menyoroti kesesuaian adamantane sebagai prekursor.
Temuan membuka paradigma baru untuk memahami dan mengontrol kimia di bidang litografi elektron, rekayasa permukaan, dan mikroskop elektron. Analisis konversi nanodiamond mendukung ide-ide lama bahwa pembentukan berlian dalam meteorit ekstraterrestrial dan batuan sedimen karbon yang mengandung uranium dapat didorong oleh iradiasi partikel berenergi tinggi. Nakamura juga menunjuk ke pangkalan yang disediakan untuk mensintesis titik kuantum intelektual, 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 ditentukan dengan baik, jika kita memasang sifat yang tepat dalam molekul untuk dipancarkan.” 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 Cepat dan Suhu oleh Aktivasi Elektron Bond-Bond Bond Camante Ch” oleh Jiuhan 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.
NewsRoom.id
