Peneliti di Universitas Tokyo telah mengembangkan metode untuk membentuk nanodiamond dari molekul organik menggunakan sinar elektron, melewati proses tekanan tinggi dan suhu tinggi tradisional. Terobosan ini melindungi material halus dari kerusakan sinar dan dapat memajukan bidang seperti ilmu material dan komputasi kuantum. Penemuan ini menantang asumsi lama tentang iradiasi elektron.
Sebuah tim yang dipimpin oleh Profesor Eiichi Nakamura di Departemen Kimia Universitas Tokyo telah mempelopori teknik tekanan rendah untuk menghasilkan nanodiamond buatan. Dengan mengekspos molekul adamantane (C10H16), yang memiliki kerangka karbon mirip dengan struktur tetrahedral berlian, terhadap sinar elektron terkendali, para peneliti mengubah material tersebut menjadi nanodiamond sempurna.
Proses ini melibatkan pencitraan mikroskop elektron transmisi (TEM), di mana kristal adamantane kecil diiradiasi dengan 80-200 kiloelektron volt pada suhu antara 100-296 kelvin dalam vakum selama beberapa detik. Pengaturan ini memungkinkan pengamatan reaksi secara real-time, karena sinar elektron memecah ikatan C-H dan membentuk ikatan C-C, mempolimerisasi molekul menjadi kisi berlian tiga dimensi. Nanodiamond yang dihasilkan menunjukkan struktur kristal kubik dan mencapai diameter hingga 10 nanometer, dengan gas hidrogen dilepaskan sebagai produk sampingan.
Nakamura, yang telah mengejar penelitian ini sejak 2004, mencatat skeptisisme seputar pendekatan tersebut: "Masalah sebenarnya adalah bahwa tidak ada yang mengira itu mungkin." Studi sebelumnya menggunakan spektrometri massa menunjukkan bahwa ionisasi elektron tunggal dapat membantu memecah ikatan, tetapi terbatas pada inferensi fase gas. Metode TEM mengatasi ini dengan memungkinkan visualisasi resolusi atom dan mengisolasi produk padat.
"Data komputasi memberi Anda jalur reaksi 'virtual', tapi saya ingin melihatnya dengan mata kepala sendiri," kata Nakamura, memenuhi visi 20 tahun. Ia menekankan, "Contoh sintesis berlian ini adalah demonstrasi akhir bahwa elektron tidak menghancurkan molekul organik tetapi membiarkannya menjalani reaksi kimia yang terdefinisi dengan baik, jika kita memasang sifat yang sesuai pada molekul yang akan diiradiasi."
Penemuan ini, yang dirinci dalam jurnal Science (2025; 389 (6764): 1024, DOI: 10.1126/science.adw2025) oleh penulis Jiarui Fu, Takayuki Nakamuro, dan Eiichi Nakamura, menyoroti kesesuaian unik adamantane, karena hidrokarbon lain tidak menghasilkan hasil serupa. Aplikasi potensial termasuk litografi elektron, ilmu permukaan, peningkatan mikroskopi, dan pembuatan titik kuantum yang didoping untuk komputasi kuantum dan sensor. Ini juga dapat menjelaskan pembentukan berlian alami di meteorit atau batuan kaya uranium melalui iradiasi energi tinggi.