حوّل علماء يابانيون مركبًا عضويًا إلى ألماس فائق الصغر باستخدام شعاع إلكتروني منخفض الضغط، في إنجاز يفتح آفاقًا جديدة في الكيمياء النانوية وتقنيات الحوسبة الكمومية.
أعلن فريق من الباحثين بجامعة طوكيو عن نجاحهم في تحويل مركب الأدمنتان العضوي إلى نانوماسات خالية من العيوب باستخدام طريقة منخفضة الضغط تعتمد على شعاع الإلكترون.
ويُعرف الماس الصناعي عادة بأنه يحتاج إلى ظروف فيزيائية شديدة، تشمل ضغوطًا تصل لعشرات الجيجاباسكال ودرجات حرارة تتجاوز آلاف الكيلفن، أو عبر طرق الترسيب الكيميائي للبخار، حيث يكون الماس غير مستقر. لكن البروفسور إييتشي ناكامورا وفريقه اتبعوا نهجًا مختلفًا، يعتمد على تأيين إلكتروني مضبوط لمركب الأدمنتان (C10H16)، الذي يمتلك إطارًا كربونيًا رباعي السطوح مشابهًا تمامًا للبنية الماسية، ما يجعله مرشحًا لتكوين نانوماسات.
ووفقًا للتقارير، قام الفريق بتعريض العينات لشعاع إلكترون في نطاق 80-200 كيلوإلكترون فولت، في درجات حرارة منخفضة تتراوح بين 100 و296 كيلفن، باستخدام المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) لمراقبة العملية على المستوى الذري.
وتحولت جزيئات الأدمنتان أولًا إلى أوليغومرات، ثم إلى نانوماسات كروية بقطر يصل إلى 10 نانومتر، مع ملاحظة انبعاث غاز الهيدروجين، مؤكدًا على إزالة روابط C–H وتحولها إلى روابط C–C في الشبكة الماسية.
ويقول البروفسور ناكامورا، الذي قضى 30 عامًا في البحث الكيميائي و15 عامًا في الحسابات الكمومية، إن هذا الاكتشاف يثبت أن الإلكترونات لا تدمر الجزيئات العضوية كما كان الاعتقاد السائد، بل يمكن توجيهها لإحداث تفاعلات كيميائية محددة بدقة.
وأضاف: "لقد أردت أن أرى التفاعلات بأم عيني، وليس فقط عبر النماذج الحاسوبية، وقد أثبتت التجربة أن المواد العضوية تتحمل إشعاع الإلكترونات إذا أُعدّت بشكل مناسب".
ويمتد أثر هذا الاكتشاف إلى ما هو أبعد من صناعة الماس إذ يفتح آفاقًا جديدة لفهم الكيمياء تحت إشعاع الإلكترونات، ويتيح تطوير تقنيات متقدمة في الليثوغرافيا الإلكترونية، هندسة الأسطح، والمجهر الإلكتروني. كما يدعم الفرضية القائلة بأن تكوين الماس في النيازك والصخور الرسوبية المحتوية على اليورانيوم قد يكون مدفوعًا بإشعاع الجسيمات عالية الطاقة.
إضافة لذلك، يضع هذا الأساس لإنتاج نقاط كمومية مشوبة، وهي عنصر أساسي في بناء الحواسيب والمستشعرات الكمومية المستقبلية.
ويشير الباحثون إلى أن هذا الإنجازيؤكد قدرة العلم على تحويل الحلم إلى واقع بعد عقود من الجهد والتجربة، مؤكدين أن المستقبل يحمل مزيدًا من الاكتشافات التي قد تغير وجه الكيمياء النانوية والفيزياء الحديثة.