طور باحثون في جامعة طوكيو طريقة لتشكيل نانو ماسات من الجزيئات العضوية باستخدام أشعة إلكترونية، متجاوزين العمليات التقليدية عالية الضغط وعالية الحرارة. يحمي هذا الاختراق المواد الهشة من تلف الشعاع وقد يعزز مجالات مثل علم المواد والحوسبة الكمومية. يتحدى الاكتشاف الافتراضات الراسخة منذ زمن طويل حول الإشعاع الإلكتروني.
قاد فريق بقيادة البروفيسور إييتشي ناكامورا في قسم الكيمياء بجامعة طوكيو تقنية منخفضة الضغط لإنتاج نانو ماسات اصطناعية. من خلال تعريض جزيئات الأدامантين (C10H16)، التي تتميز بهيكل كربوني مشابه لهيكل الماس التيتراهيدرالي، لأشعة إلكترونية متحكم فيها، حول الباحثون المادة إلى نانو ماسات خالية من العيوب.
يشمل العملية تصوير المجهر الإلكتروني للانتقال (TEM)، حيث يتم إشعاع بلورات أدامانتين صغيرة بـ80-200 كيلو إلكترون فولت عند درجات حرارة بين 100-296 كلفن في فراغ لعدة ثوانٍ. تسمح هذه الإعداد بالملاحظة في الوقت الفعلي للتفاعل، حيث تكسر أشعة الإلكترون روابط C-H وتشكل روابط C-C، مما يؤدي إلى تليين الجزيئات في شبكة ماسية ثلاثية الأبعاد. تظهر النانو ماسات الناتجة هيكلاً بلورياً مكعباً وتصل أقطارها إلى 10 نانومتر، مع إطلاق غاز الهيدروجين كمنتج ثانوي.
ناكامورا، الذي يتابع هذه البحوث منذ عام 2004، أشار إلى الشكوك المحيطة بالنهج: "المشكلة الحقيقية كانت أن أحداً لم يعتقد أنها ممكنة." أشارت دراسات سابقة باستخدام مطياف الكتلة إلى أن التنيون بإلكترون واحد يمكن أن يساعد في كسر الروابط، لكنها كانت محدودة باستنتاجات في الطور الغازي. يتغلب طريقة TEM على ذلك من خلال تمكين التصوير بدقة ذرية وفصل المنتجات الصلبة.
"تعطيك البيانات الحسابية مسارات تفاعل 'افتراضية'، لكنني أردت رؤيتها بعيني،" قال ناكامورا، محققاً رؤية استمرت 20 عاماً. أكد: "هذا المثال على تركيب الماس هو الدليل النهائي على أن الإلكترونات لا تدمر الجزيئات العضوية بل تسمح لها بالخضوع لتفاعلات كيميائية محددة جيداً، إذا قمنا بتثبيت خصائص مناسبة في الجزيئات المراد إشعاعها."
الاكتشاف، المفصل في مجلة Science (2025؛ 389 (6764): 1024، DOI: 10.1126/science.adw2025) من قبل المؤلفين جياروي فو، تاكايوكي ناكامورو، وإييتشي ناكامورا، يبرز ملاءمة الأدامانتين الفريدة، حيث لم ينتج الهيدروكربونات الأخرى نتائج مشابهة. تشمل التطبيقات المحتملة الليثوغرافيا الإلكترونية، علم السطوح، تحسينات المجهر، وتصنيع نقاط كمومية مدوبغة للحوسبة الكمومية والحساسات. قد يلقي أيضاً ضوءاً على تشكيل الماس الطبيعي في النيازك أو الصخور الغنية باليورانيوم من خلال الإشعاع عالي الطاقة.