无需压力或高温即可获得钻石：日本的颠覆性创新
科学家们一直认为，钻石的形成需要极其严苛的条件，例如地球深处的高温高压环境，或者在实验室中使用特殊炉子和复杂技术进行加工。
然而，由东京大学中村荣一教授领导的研究团队证明，自然界可以用一种完全不同的方式模拟钻石的形成——这种方法依赖于电子而非火焰或压力。他们的研究成果发表在著名期刊《科学》上。
纳米钻石
科学家们开发了一种新方法，只需一束精确的电子束即可在低温低压条件下制造纳米金刚石，从而改变材料的结构。至关重要的是，这种方法不会损伤脆弱的有机材料；相反，它能帮助这些材料以一种极其有序的方式重新排列原子。
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该方法依赖于一种名为金刚烷的小分子化合物，它是一种三维碳分子，与金刚石的基本结构相似，但含有氢原子来维持分子结构。
为了将金刚烷转化为金刚石，必须去除碳氢键，并用碳碳键取而代之——这正是真正金刚石的特征结构。
这个概念在理论上已经存在多年，但在中村和他的团队改变这一理论之前，没有人相信在不使用高温高压的情况下，这种方法是切实可行的。
特殊显微镜
研究人员使用了一种能够直接观察原子结构的透射电子显微镜（TEM）。他们将微小的金刚烷晶体置于显微镜内，然后用电压在 80 至 200 千电子伏特（kV）之间、温度在 100 至 296 开尔文（低于冰点）之间的电子束轰击这些晶体。
几秒钟内，分子逐渐重排，碳链转化为直径仅约 10 纳米的立方纳米金刚石。
根据这项研究，电子显微镜图像显示了微小金刚石颗粒如何逐个形成，同时氢气作为副产物释放出来。
科学家们此前一直认为，电子束会破坏有机分子，因为它们常用于显微镜观察，并可能导致材料降解。然而，中村的实验证明了相反的观点：在特定条件下，电子可以催化精确有序的化学反应，帮助构建新材料，而不是破坏它们。
有前景的应用
正如该大学官方新闻稿所述，这些发现并非仅限于钻石。研究人员使用的方法有望革新许多领域的研究，例如电子显微镜，因为它能够在不损伤精细分子的情况下对其进行研究。
这项成果在量子电子学领域也具有应用前景，例如可以利用钻石制造“量子点”，用于量子计算。
量子点是直径仅为几纳米的超小型纳米粒子，由于其微小的尺寸而具有独特的性质。量子点内部的电子开始表现出“量子”特性，这意味着它们只能在特定的能级上运动，就像原子中的电子一样。