Pesquisadores da Universidade de Tóquio desenvolveram um método para formar nanodiamantes a partir de moléculas orgânicas usando feixes de elétrons, contornando processos tradicionais de alta pressão e alta temperatura. Esse avanço protege materiais delicados de danos causados pelo feixe e pode avançar campos como ciência de materiais e computação quântica. A descoberta desafia suposições de longa data sobre irradiação de elétrons.
Uma equipe liderada pelo Professor Eiichi Nakamura no Departamento de Química da Universidade de Tóquio pioneirou uma técnica de baixa pressão para produzir nanodiamantes artificiais. Ao expor moléculas de adamantano (C10H16), que apresentam uma estrutura de carbono semelhante à estrutura tetraédrica do diamante, a feixes de elétrons controlados, os pesquisadores transformaram o material em nanodiamantes impecáveis.
O processo envolve imagem de microscopia eletrônica de transmissão (TEM), onde pequenos cristais de adamantano são irradiados com 80-200 quiloelétrons-volt em temperaturas entre 100-296 kelvins em vácuo por vários segundos. Essa configuração permite a observação em tempo real da reação, pois os feixes de elétrons quebram ligações C-H e formam ligações C-C, polimerizando as moléculas em uma rede de diamante tridimensional. Os nanodiamantes resultantes exibem uma estrutura cristalina cúbica e atingem diâmetros de até 10 nanômetros, com gás hidrogênio liberado como subproduto.
Nakamura, que persegue essa pesquisa desde 2004, observou o ceticismo em torno da abordagem: "O verdadeiro problema era que ninguém achava isso viável." Estudos anteriores usando espectrometria de massa sugeriram que a ionização por um único elétron poderia auxiliar na quebra de ligações, mas estavam limitados a inferências em fase gasosa. O método TEM supera isso ao permitir visualização com resolução atômica e isolar produtos sólidos.
"Dados computacionais dão caminhos de reação 'virtuais', mas eu queria ver com meus próprios olhos," disse Nakamura, cumprindo uma visão de 20 anos. Ele enfatizou: "Este exemplo de síntese de diamante é a demonstração final de que os elétrons não destroem moléculas orgânicas, mas as permitem sofrer reações químicas bem definidas, se instalarmos propriedades adequadas nas moléculas a serem irradiadas."
A descoberta, detalhada na revista Science (2025; 389 (6764): 1024, DOI: 10.1126/science.adw2025) pelos autores Jiarui Fu, Takayuki Nakamuro e Eiichi Nakamura, destaca a adequação única do adamantano, pois outros hidrocarbonetos não produziram resultados semelhantes. Aplicações potenciais incluem litografia eletrônica, ciência de superfícies, melhorias em microscopia e fabricação de pontos quânticos dopados para computação quântica e sensores. Pode também lançar luz sobre a formação natural de diamantes em meteoritos ou rochas ricas em urânio por meio de irradiação de alta energia.