حلمٌ دام عقدين.. علماء يابانيون يبتكرون طريقة فريدة لصناعة الألماس من جزيئات عضوية باستخدام شعاع إلكتروني

في إنجازٍ علمي يُعدّ الأول من نوعه، نجح فريق بحثي من جامعة طوكيو في تحويل مركبٍ عضوي إلى ألماس نانوي باستخدام شعاعٍ إلكتروني منخفض الضغط، في خطوة تفتح آفاقًا جديدة أمام مجالات الكيمياء النانوية والحوسبة الكمومية.

من الأدمنتان إلى نانوماسات مثالية

أعلن البروفسور إييتشي ناكامورا، قائد الفريق البحثي، أن التجربة اعتمدت على مركب الأدمنتان (C10H16)، وهو جزيء عضوي يمتاز ببنية كربونية رباعية السطوح تشبه تمامًا الشبكة البلورية للألماس.
وخلافًا للطرق التقليدية التي تتطلب ضغوطًا هائلة ودرجات حرارة تتجاوز آلاف الكيلفن لإنتاج الألماس، استخدم الباحثون شعاع إلكترون مضبوط الطاقة تراوح بين 80 و200 كيلوإلكترون فولت في بيئة منخفضة الحرارة (100–296 كلفن)، داخل مجهر إلكتروني نافذ (TEM) مكّنهم من رصد التفاعل على المستوى الذري لحظةً بلحظة.

تفاعل دقيق وتحول مذهل

خلال التجربة، لاحظ العلماء أن جزيئات الأدمنتان بدأت بالتحول تدريجيًا إلى أوليغومرات، ثم إلى نانوماسات كروية لا يتجاوز قطرها 10 نانومتر. كما سُجّل انبعاث غاز الهيدروجين، مما أكد حدوث تفاعل نزع روابط C–H واستبدالها بروابط C–C المستقرة التي تشكل البنية الماسية.

وقال البروفسور ناكامورا، الذي كرس أكثر من 30 عامًا للبحث في الكيمياء و15 عامًا في الحسابات الكمومية:

“لطالما كان يُعتقد أن الإلكترونات تُدمّر الجزيئات العضوية، لكن نتائجنا أثبتت أنها يمكن أن تُوجّه لإحداث تفاعلات دقيقة تؤدي إلى بناء مواد جديدة تمامًا.”

وأضاف:

“كنت أرغب في مشاهدة هذه التفاعلات بعيني، لا عبر النماذج الحاسوبية فقط، وقد أثبتت التجربة أن المواد العضوية قادرة على مقاومة إشعاع الإلكترونات إذا تم إعدادها بطريقة مناسبة.”

آفاق جديدة في الكيمياء النانوية والفيزياء

يتجاوز أثر هذا الاكتشاف مجال صناعة الألماس إلى تطبيقات أوسع في التكنولوجيا المتقدمة، منها:

• تطوير تقنيات الليثوغرافيا الإلكترونية الدقيقة.
• تحسين أدوات المجهر الإلكتروني وهندسة الأسطح.
• تصميم نقاط كمومية مشوبة تُستخدم في بناء الحواسيب والمستشعرات الكمومية المستقبلية.

كما يدعم الاكتشاف فرضياتٍ سابقة تشير إلى أن الألماس في النيازك أو الصخور الرسوبية المشبعة باليورانيوم قد يتكوّن بفعل إشعاعات الجسيمات عالية الطاقة في الفضاء.

من الحلم إلى الواقع العلمي

يُعدّ هذا النجاح ثمرة عقدين من العمل والتجارب المتواصلة، ويؤكد قدرة العلم على إعادة تشكيل مفاهيم الكيمياء الفيزيائية. ويرى الباحثون أن هذه الطريقة الجديدة تمهد الطريق لإنتاج مواد فائقة الصلابة بطرق نظيفة ومستقرة، دون الحاجة إلى ضغوط وحرارة هائلة.