Investigadores de la Universidad de Tokio han desarrollado un método para formar nanodiamantes a partir de moléculas orgánicas utilizando haces de electrones, evitando los procesos tradicionales de alta presión y alta temperatura. Este avance protege materiales delicados del daño por el haz y podría impulsar campos como la ciencia de materiales y la computación cuántica. El descubrimiento desafía suposiciones arraigadas sobre la irradiación electrónica.
Un equipo liderado por el profesor Eiichi Nakamura en el Departamento de Química de la Universidad de Tokio ha desarrollado una técnica de baja presión para producir nanodiamantes artificiales. Al exponer moléculas de adamantano (C10H16), que presentan un marco de carbono similar a la estructura tetraédrica del diamante, a haces de electrones controlados, los investigadores transformaron el material en nanodiamantes impecables.
El proceso implica imagen por microscopía electrónica de transmisión (TEM), donde pequeños cristales de adamantano se irradian con 80-200 kiloelectronvoltios a temperaturas entre 100-296 kelvins en un vacío durante varios segundos. Esta configuración permite la observación en tiempo real de la reacción, ya que los haces de electrones rompen enlaces C-H y forman enlaces C-C, polimerizando las moléculas en una red de diamante tridimensional. Los nanodiamantes resultantes exhiben una estructura cristalina cúbica y alcanzan diámetros de hasta 10 nanómetros, con gas hidrógeno liberado como subproducto.
Nakamura, quien ha perseguido esta investigación desde 2004, señaló el escepticismo en torno al enfoque: "El verdadero problema era que nadie pensaba que fuera factible." Estudios anteriores utilizando espectrometría de masas sugerían que la ionización por un solo electrón podría ayudar a romper enlaces, pero estaban limitados a inferencias en fase gaseosa. El método TEM supera esto al permitir la visualización con resolución atómica e aislar productos sólidos.
"Los datos computacionales te dan rutas de reacción 'virtuales', pero yo quería verlo con mis propios ojos," dijo Nakamura, cumpliendo una visión de 20 años. Enfatizó: "Este ejemplo de síntesis de diamante es la demostración definitiva de que los electrones no destruyen las moléculas orgánicas, sino que les permiten someterse a reacciones químicas bien definidas, si instalamos propiedades adecuadas en las moléculas a irradiar."
El descubrimiento, detallado en la revista Science (2025; 389 (6764): 1024, DOI: 10.1126/science.adw2025) por los autores Jiarui Fu, Takayuki Nakamuro y Eiichi Nakamura, resalta la idoneidad única del adamantano, ya que otros hidrocarburos no produjeron resultados similares. Las aplicaciones potenciales incluyen litografía electrónica, ciencia de superficies, mejoras en microscopía y fabricación de puntos cuánticos dopados para computación cuántica y sensores. También podría arrojar luz sobre la formación natural de diamantes en meteoritos o rocas ricas en uranio a través de irradiación de alta energía.