Láseres transforman plástico en nanodiamantes intactos

Cada disparo láser en el experimento alemán produjo unos 10 billones de nanodiamantes. En una estación de la Infraestructura de Luz Extrema (ELI), al sur de Praga, un láser dispara tres veces por minuto contra una película de plástico de apenas 100 micrómetros de grosor. Cada pulso envía una onda de choque a través de la película, comprime el plástico a presiones cercanas a los 100 gigapascales, o unos 14,5 millones de libras (6,6 millones de kg) por pulgada cuadrada, y forma diamantes que son lanzados hacia un cilindro colector. El trabajo procede del Centro Helmholtz de Dresde-Rossendorf (HZDR) y de la Universidad de Rostock, y partió de experimentos que imitan las condiciones del interior de Neptuno y Urano, donde las temperaturas alcanzan varios miles de grados Celsius. Al principio, el equipo solo pudo detectar los cristales durante breves instantes. Dominik Kraus, del Instituto HEDI del HZDR, explicó que el equipo esperaba que se formaran nanodiamantes, pero que la velocidad les sorprendió.

El verdadero obstáculo fue el aterrizaje. Cuando la onda de compresión sale de la muestra y entra en el vacío, acelera los diamantes hasta superar los 22.000 mph (35.400 km/h; 10 kilómetros por segundo), una velocidad comparable a la de un impacto de meteorito. La solución fue un medio muy blando: un gel iónico soluble en agua que funciona en el vacío. El gel atrapó las partículas, y el equipo pudo entonces lavarlas y examinarlas. En la Universidad de Rostock, un microscopio electrónico ELMI-MV, capaz de distinguir átomos individuales, confirmó su tamaño y su estructura. Ben Heuser, del HZDR y primer autor del estudio, calificó de «un momento especial por el que llevábamos años trabajando» ver directamente los diamantes purificados. La producción sigue siendo pequeña: unos cientos de microgramos costaron unos 100 disparos.

El interés reside en lo que cambia el método. Los diamantes más pequeños ofrecen más superficie para una misma cantidad de material, lo que, según los investigadores, podría convertirlos en mejores catalizadores, por ejemplo para dividir el CO2 con luz solar. Partir del plástico también facilita añadir otros elementos al cristal, adaptándolo a tareas concretas, como mejorar los agentes de contraste que se usan en las resonancias magnéticas. Los investigadores también señalan el uso de los diamantes en sensores cuánticos. Esas aplicaciones siguen en fase de propuesta; el estudio en sí informa de un resultado de laboratorio.

Los investigadores pretenden alcanzar el rango del miligramo, una cantidad comparable a la producción convencional, y afirman que láseres más eficientes energéticamente, procedentes de la investigación en fusión, podrían disparar pulsos potentes con más frecuencia y hacer escalable el proceso. No se indica fecha para la producción comercial. El equipo también quiere utilizar la misma compresión láser para fabricar BC8, una forma de carbono que hasta ahora solo existe en teoría y que se espera que sea más densa que el diamante, igual de dura y menos frágil. Su formación requiere condiciones que no se dan de forma natural en la Tierra, por lo que el primer intento, a presiones más altas, está previsto para noviembre. El estudio se publicó por primera vez en Diamond and Related Materials.