A Tokyo, un gruppo di ricercatori guidato dal professor Eiichi Nakamura dell’Università ha dimostrato che un fascio di elettroni, se usato con precisione, può trasformare un composto organico in diamante. È una scoperta che ribalta decenni di convinzioni scientifiche: fino a oggi si riteneva che i fasci elettronici distruggessero irrimediabilmente le molecole organiche, invece il team nipponico ha mostrato che possono innescare reazioni chimiche estremamente ordinate.
Il punto di partenza è l’adamantano, una molecola a gabbia formata da atomi di carbonio disposti in maniera analoga alla struttura tetraedrica del diamante, ma ricoperta di atomi di idrogeno. L’ostacolo per ottenere la trasformazione è proprio la presenza di questi idrogeni: devono essere rimossi affinché i carboni possano legarsi tra loro e formare il reticolo cristallino. All’interno di un microscopio elettronico a trasmissione, i ricercatori hanno “colpito” i cristalli di adamantano con fasci di elettroni e hanno osservato direttamente il processo di trasformazione.
Invece della decomposizione temuta da molti specialisti, l’irraggiamento ha provocato il distacco degli atomi di idrogeno e la formazione graduale di legami carbonio-carbonio, con il rilascio di gas di idrogeno. Il risultato è stata la crescita di nanodiamanti con dimensioni intorno a 10 nanometri, perfettamente ordinati e privi di difetti.
Il tutto è avvenuto senza ricorrere alle pressioni di decine di gigapascal o alle temperature di migliaia di gradi che caratterizzano sia i processi naturali nelle profondità terrestri sia quelli artificiali di laboratorio come la deposizione chimica da vapore.
L’aspetto sorprendente è che, per la prima volta, il microscopio elettronico non si è rivelato uno strumento “distruttivo” ma il motore stesso di una reazione chimica controllata. Questo apre prospettive interessanti non solo per la sintesi di nanomateriali, ma anche per la stessa scienza della microscopia elettronica. Nakamura ha spiegato che il suo lavoro dal 2004 era mirato proprio a dimostrare che, con la giusta molecola, un fascio di elettroni può guidare trasformazioni chimiche specifiche invece di limitarle.
I nanodiamanti hanno proprietà particolari che li rendono preziosi in settori emergenti come le tecnologie quantistiche, dove possono ospitare i cosiddetti “color center”, difetti utilizzati come qubit o come sensori ultra-sensibili. Altre ricadute potrebbero riguardare l’ingegneria delle superfici, la litografia elettronica e persino l’astrochimica: la formazione di diamanti nelle meteoriti potrebbe infatti essere attribuita non solo a pressioni e temperature elevate, ma anche a bombardamenti di particelle cosmiche.
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