Istraživači s Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf i Sveučilišta u Rostocku objavili su u časopisu Diamond and Related Materials rezultate eksperimenta u kojem su snažnim laserskim pulsevima pogodili PET foliju debljine sto mikrometara. Unutar udarnog vala nastaju nanodijamanti koji se potom izbacuju iz folije brzinom većom od deset kilometara u sekundi i hvataju u cilindar s mekim ionskim gelom.
Zamisao je prvotno pripadala planetarnoj fizici. Isti proces simulira uvjete u unutrašnjosti Neptuna i Urana, gdje tlakovi milijunima puta premašuju Zemljine, a temperature dosežu nekoliko tisuća stupnjeva. Da u tim uvjetima nastaju dijamanti, znanstvenici su pretpostavljali. Iznenadila ih je, kako kaže Dominik Kraus, osnivački direktor novog Instituta za fiziku visoke gustoće energije pri HZDR-u, brzina kojom se to dogodilo. Upravo je ta brzina otvorila pitanje praktične primjene.
Do sada je vrijedilo pravilo da se nanodijamanti proizvode eksplozijama. Ta metoda daje širok raspon veličina čestica i nosi sa sobom nečistoće. Laserska kompresija, kako pokazuju rezultati, daje ujednačenu veličinu i visoku čistoću — dvije stvari koje su do sada bile međusobno isključive.
Sto snimaka za nekoliko stotina mikrograma
Eksperimenti su izvedeni na laserskim linijama Extreme Light Infrastructure južno od Praga. Laser velike snage opali tri puta u minuti. Svaki hitac ispali oko deset bilijuna nanodijamanta prosječnog promjera tri milijardita dijela metra, od kojih se svaki sastoji od približno tri tisuće atoma ugljika. Za nekoliko stotina mikrograma materijala bilo je potrebno stotinu hitaca.
Potom su čestice izvađene iz gela i pročišćene. Prvi izravan pogled kroz elektronski mikroskop ELMI-MV na Sveučilištu u Rostocku, koji razlučuje pojedinačne atome, bio je trenutak prema kojem se, kako tvrdi Ben Heuser, glavni autor studije, radilo godinama.
Ključni problem bio je zaustaviti dijamante, a da se pri udaru ne razore. Rješenje je pronađeno u ionskom gelu topljivom u vodi, kompatibilnom s vakuumom. Bez tog mekog medija, kako opisuje Kraus, čestice bi se pri dodiru s cilindrom raspale poput meteora koji udari u površinu bez atmosfere.
Od laboratorija do miligrama
Istraživanje fuzijske energije već godinama gura razvoj energetski učinkovitih lasera visokih frekvencija. To znači da proizvodnja nanodijamanata laserom nije zatvorena u laboratorij — što više pulseva u kratkom vremenu, to veći prinos. Sljedeći je cilj doći do miligrama, količine usporedive s konvencionalnim postupcima.
Primjena je već sada široka: brusna i polirna sredstva, kvantni senzori visoke osjetljivosti, medicinska kontrastna sredstva, katalizatori. Kod cijepanja CO₂ sunčevom svjetlošću veća ukupna površina sitnih čestica ubrzava reakciju. Budući da se dobivaju iz plastike, lako se dopiraju stranim atomima i prilagođavaju namjeni, primjerice za bolji kontrast pri snimanju magnetskom rezonancijom.
No ono što najviše privlači pažnju nije dijamant. Riječ je o BC8, obliku ugljika koji je do sada postojao samo u teoriji. Gušći je od dijamanta, jednako tvrd, ali manje krhak. Na Zemlji ne može nastati prirodno jer nema uvjeta za to. Prvi eksperiment proizvodnje iz plastike planiran je za studeni.
Pitanje koje nitko ne postavlja
Ovdje se otvara stvar koju znanstveni priopćaji redovito preskaču. Tehnologija je zanimljiva, ali tko će je posjedovati? Laserski sustavi kakav je onaj kod Praga nisu dostupni malim laboratorijima ni srednjim državama. Riječ je o infrastrukturi koju financiraju veliki konzorciji i državni proračuni, a rezultati se patentiraju i licenciraju dalje.
Ako proizvodnja nanodijamanata jednog dana prijeđe iz eksplozivnih metoda u lasersku, proizvodni lanac preselit će se iz tvornica u nekoliko velikih centara. To je isti obrazac koji smo vidjeli kod litija, rijetkih zemalja i poluvodiča: tehnološki skok koji ne donosi raspodjelu moći, nego njezinu koncentraciju.