Unico, prezioso e utilissimo in molteplici applicazioni, il diamante rappresenta la forma allotropica più pregiata in cui può presentarsi il carbonio e uno degli emblemi dell’eccellenza e della perfezione. Grazie ad un nuovo studio condotto dall’Università di Stanford e dal National Accelerator Laboratory della SLAC, sarà adesso possibile realizzare diamanti attraverso l’impiego di combustibili fossili.
Per poterli creare, gli scienziati si muniscono di un grumo di polvere bianca, lo comprimono in una camera a pressione tempestata di diamanti e lo colpiscono con un laser. Quando la camera viene aperta, appare in profondità un nuovo e microscopico granello di diamante puro. Lo studio del team di ricercatori rivela che questa particolare ricetta sia stata messa a punto con dei sottili aggiustamenti in termini di apporto di calore e pressione e soprattutto con l’utilizzo di molecole di idrogeno e carbonio presenti nel petrolio greggio e nel gas naturale.
“La cosa interessante di questo lavoro è che mostra un modo di ingannare la termodinamica di ciò che è tipicamente richiesto per la formazione di diamanti”, ha spiegato Rodney Ewing, geologo di Stanford e coautore del documento pubblicato il 21 febbraio sulla rivista Science Advances. Naturalmente, questa non è la prima volta in cui gli scienziati si cimentano nella sintetizzazione dei diamanti da altri materiali. Tuttavia, questo processo richiede solitamente un elevato consumo di energia, tempo o l’aggiunta di un catalizzatore (spesso un metallo) che tende a diminuire in modo significativo la qualità del diamante. “Volevamo vedere solo un sistema pulito, in cui una singola sostanza si potesse trasformare in diamante puro senza un catalizzatore”, ha dichiarato Sulgiye Park, autore principale dello studio e ricercatore post-dottorato presso la School of Earth, Energy & Environmental Sciences di Stanford.
Questa nuova tipologia di trasformazione potrà trovare un’ampia serie di campi applicativi, oltre che sui classici gioielli. Il diamante, infatti, possiede delle proprietà chimico-fisiche di primissimo ordine: oltre ad essere il materiale di origine naturale più duro che si conosca, ha un’ottima resistenza all’attacco di agenti chimici e corrosivi, altissima conducibiltà termica, elevato indice di dispersione ottica, buone caratteristiche idrorepellenti e grande coesione e stabilità. Queste peculiarità lo rendono estremamente utile e versatile in medicina, tecnologie di calcolo quantico, industria e rilevamento biologico.
“Se riesci a produrre anche piccole quantità di questo diamante puro, puoi drogarlo in modi controllati per applicazioni specifiche”, ha detto l’autore senior dello studio Yu Lin, uno scienziato dello Stanford Institute for Materials and Energy Sciences (SIMES) presso SLAC National Accelerator Laboratory.
I diamanti naturali si cristallizzano dal carbonio centinaia di chilometri al di sotto della superficie terrestre, in cui le temperature superano abbondantemente i 1000 °C. La maggior parte di quelli rinvenuti oggi è emersa durante le eruzioni vulcaniche di milioni di anni fa che hanno trasportato minerali antichi dal cuore della Terra. Ciò significa che i diamanti possono dirci qualcosa in più su come è fatto l’interno del pianeta. “I diamanti sono vasi per riportare campioni dalle parti più profonde della Terra”, ha detto Wendy Mao, fisico minerale di Stanford e leader del laboratorio in cui Park ha eseguito la maggior parte degli esperimenti dello studio.
Il nuovo processo di sintetizzazione inizia con tre tipi di polvere raffinata estratte dal petrolio. Si inizia con una piccola quantità raccolta per mezzo di un ago e posizionata sotto al microscopio per condurre gli esperimenti. A prima vista, le polveri inodori e leggermente appiccicose assomigliano al sale di roccia, ma gli scienziati più esperti possono usare un potente microscopio per differenziare gli atomi disposti nello stesso schema spaziale di quelli che compongono un cristallo di diamante. È come se l’intricato reticolo cristallino del diamante fosse stato suddiviso in unità più piccole composte da una, due o tre gabbie.
“Cominciando da questi elementi costitutivi, è possibile realizzare il diamante in modo più rapido e semplice e si può anche conoscere il processo in un modo più completo e ponderato rispetto a quando si riproduce l’alta pressione e l’alta temperatura presenti nella parte della Terra in cui il diamante si forma naturalmente”, ha dichiarato il fisico minerale Mao.
