颠覆传统认知！科学家用电子束轰击制造钻石

东京大学研究人员用电子束轰击金刚烷制成纳米钻石。东京大学的研究人员开发出了一种用电子辐射制造合成钻石的新方法。他们指出，这种技术将催生更强大的成像新技术和分析新技术。

目前，钻石通常是在高温高压的极端条件下形成的，比如在地球深处，或通过化学气相沉积法这种可控的生长过程。但是，由中村荣一教授带领的日本团队发现了在相对低压条件下用电子束制造微型钻石（纳米钻石）的方法。

他们的初始材料是金刚烷，这是一种笼状碳氢化合物分子，其基本的四面体碳骨架与钻石相同。金刚烷中的碳原子排列与钻石无异，但是每个碳原子都带有氢原子。研究团队解释道，要将金刚烷转化成钻石，你需要去除氢原子（断开碳氢键）。你还需要将碳原子连接在一起（形成新的碳碳键）。

为了实现这一目标，研究团队在透射电子显微镜内用电子束小心地轰击金刚烷晶体。中村荣一教授表示："计算数据可以给你虚拟的反应路径，但是我想亲眼看到反应过程。"他补充道："但是透射电子显微镜专家的普遍认知是，有机分子在被电子束照射后会迅速分解。自2004年以来，我的研究就一直致力于推翻这一普遍认知。"

电子束没有摧毁分子（大多数人都认为分子会被摧毁），而是让氢原子分离、碳原子连接在一起，从而慢慢地构成钻石晶格。在这一过程中，氢气被释放出来，直径约10纳米的完美纳米钻石就形成了。这一成果非常了不起，因为这一新方法不需要超高压或超高温。电子束辐射是在温和的条件下进行的。此外，在多数情况下，透射电子显微镜通常会摧毁电子束下的有机样本。

然而，这一新技术不但没有摧毁有机样本，还实现了可控的化学反应。这对显微镜学而言是具有革命性的。有趣的是，研究团队发现金刚烷是关键所在，因为其他碳氢化合物都不管用。金刚烷的类钻石结构使其特别适合作为前体。

展望未来，这一新技术可能会给多个行业带来有趣的应用。例如，这一技术或可用于开发新的量子技术，纳米钻石可以作为量子计算机和量子传感器中的"色心"。这一技术还可以应用于表面工程和光刻技术，从而提供用电子束"写入"材料的新方法。天体化学学也可能从中受益，因为陨石和岩石中的钻石可能是宇宙粒子辐射形成的，而不单单是高温高压条件下形成的。

从更宏观的层面来看，这一发现颠覆了电子束会摧毁有机分子的传统认知。中村荣一教授的团队指出，只要分子设计得当（比如金刚烷），电子束也可以引发高度特定的化学反应，从而为纳米材料合成和电子显微镜技术开辟新疆界。

中村荣一解释道："这一钻石合成实例最终证明了电子不会摧毁有机分子，而是会让它们经历界限分明的化学反应，只要我们在被辐射的分子中设置合适的属性。"

这一研究被发表在《科学》期刊上。

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