Laser trasformano plastica in nanodiamanti intatti in laboratorio

Ogni colpo di laser nell'esperimento tedesco ha prodotto circa 10 trilioni di nanodiamanti. In una stazione dell'Extreme Light Infrastructure (ELI), a sud di Praga, un laser spara tre volte al minuto contro una pellicola di plastica spessa appena 100 micrometri. Ogni impulso invia un'onda d'urto attraverso la pellicola, comprime la plastica a pressioni intorno ai 100 gigapascal, ovvero circa 14,5 milioni di libbre (6,6 milioni di kg) per pollice quadrato, e forma diamanti che vengono scagliati verso un cilindro di raccolta. Il lavoro è dell'Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) e dell'Università di Rostock, e ha preso il via da esperimenti che riproducono le condizioni all'interno di Nettuno e Urano, dove le temperature raggiungono diverse migliaia di gradi Celsius. Inizialmente il team è riuscito a rilevare i cristalli solo per brevi istanti. Dominik Kraus, dell'Istituto HEDI dell'HZDR, ha spiegato che il team si aspettava la formazione di nanodiamanti, ma che la rapidità del processo li ha sorpresi.

L'ostacolo vero è stato l'atterraggio. Quando l'onda di compressione esce dal campione ed entra nel vuoto, accelera i diamanti oltre 22.000 mph (35.400 km/h), cioè 10 chilometri al secondo, una velocità paragonabile a quella di un impatto meteorico. La soluzione è stata un mezzo molto morbido: un gel ionico solubile in acqua che funziona nel vuoto. Il gel ha catturato le particelle, e il team ha potuto poi lavarle ed esaminarle. All'Università di Rostock, un microscopio elettronico ELMI-MV, in grado di distinguere i singoli atomi, ha confermato dimensioni e struttura. Ben Heuser dell'HZDR, primo autore dello studio, ha definito «un momento speciale per cui lavoravamo da anni» il vedere direttamente i diamanti purificati. La resa è ancora modesta: alcune centinaia di microgrammi richiedono circa 100 colpi.

L'interesse sta in ciò che il metodo cambia. A parità di materiale, diamanti più piccoli offrono più superficie, e i ricercatori ritengono che ciò potrebbe renderli catalizzatori migliori, per esempio nella scissione della CO2 con la luce solare. Partire dalla plastica facilita inoltre l'aggiunta di altri elementi al cristallo, adattandolo a funzioni specifiche, come il miglioramento dei mezzi di contrasto usati nelle risonanze magnetiche. I ricercatori citano anche l'impiego dei diamanti nei sensori quantistici. Queste applicazioni restano allo stadio di proposte; lo studio riporta un risultato di laboratorio.

I ricercatori puntano a raggiungere l'ordine dei milligrammi, una quantità paragonabile alla produzione convenzionale, e affermano che laser più efficienti dal punto di vista energetico, sviluppati per la ricerca sulla fusione, potrebbero sparare impulsi potenti con maggiore frequenza e rendere il processo scalabile. Non è indicata alcuna data per una produzione commerciale. Il team intende inoltre usare la stessa compressione laser per produrre il BC8, una forma di carbonio finora esistente solo in teoria, che dovrebbe essere più denso del diamante, altrettanto duro e meno fragile. La sua formazione richiede condizioni che non si verificano naturalmente sulla Terra, quindi il primo tentativo, a pressioni più elevate, è previsto per novembre. Lo studio è stato pubblicato per la prima volta su Diamond and Related Materials.