Forscher der San José State University (SJSU) haben bedeutende Fortschritte in der Erforschung der Oberflächenchemie von Nanodiamanten erzielt. Dies könnte zur Entwicklung von qualitativ hochwertigeren Siliziumdioxid-beschichteten Nanodiamanten führen, die Anwendungen in der Biosignalkennzeichnung und der Quantendetektion haben.

Nanodiamanten sind winzige Strukturen mit Kohlenstoffgittern, die manchmal Stickstoffatome anstelle von Kohlenstoffatomen enthalten. Obwohl dies als Unvollkommenheit betrachtet werden könnte, verleiht es ihnen einzigartige Eigenschaften wie die Fähigkeit, bei Raumtemperatur auf magnetische und elektrische Felder sowie Licht zu reagieren. Nanodiamanten können als Quantenbits (Qubits), also die grundlegenden Bausteine ​​für Quantencomputer, dienen. Sie können auch zur Beschriftung von lebenden Zellen eingefügt werden.

Die Herausforderung bei Nanodiamanten liegt in ihren scharfen Kanten, die Zellmembranen beschädigen könnten. Um dies zu überwinden, haben die Forscher die Beschichtung der Nanodiamanten mit Siliziumdioxid erforscht. Diese Siliziumdioxid-Beschichtung schützt die scharfen Kanten und schafft eine glatte Oberfläche, was die Kontrolle und Modifikation der Nanodiamanten für spezifische Anwendungen erleichtert.

Seit mehr als zehn Jahren haben Wissenschaftler über den Mechanismus hinter der Bildung von Siliziumdioxid-Schichten auf Nanodiamanten debattiert. Die Forscher der SJSU haben jedoch herausgefunden, dass die chemischen Alkoholgruppen an der Oberfläche des Diamanten eine entscheidende Rolle bei der Bildung gleichmäßiger Siliziumdioxid-Schichten spielen. Dieses Verständnis ermöglicht eine bessere Erforschung neuer Hybrid-Diamantsysteme und die Optimierung von Siliziumdioxid-Beschichtungen.

Das Team verwendete leistungsstarke Röntgenstrahlen aus der Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) am SLAC National Accelerator Laboratory des US-Energieministeriums, um den Bindungsmechanismus zu entdecken. Durch Untersuchung von Nanodiamantenpartikeln und Oberflächen identifizierten und charakterisierten sie die chemischen Gruppen, die für das Wachstum von Siliziumdioxid verantwortlich sind.

Das Team verwendete Transmissionselektronenmikroskope, um die Partikel zu untersuchen, und Übergangsrand-Sensoren, um die chemischen Gruppen an den Oberflächen der Nanodiamanten zu erkennen. Die Röntgenabsorptions-Spektroskopie wurde verwendet, um bewegliche Elektronen an der Oberfläche der Nanodiamanten zu erzeugen und diese zu erfassen, während sie durch die Siliziumdioxid-Schicht hindurchtraten. Diese Technik ermöglichte die Messung der Dicke der Siliziumdioxid-Schicht.

Diese Studie liefert nicht nur Informationen über die Oberflächenchemie von Nanodiamanten, sondern zeigt auch die Nützlichkeit der Röntgenabsorptions-Spektroskopie in Materialwissenschaft und chemischen Untersuchungen.

Die weitere Optimierung der Siliziumdioxid-Beschichtungen und die Erforschung anderer Materialien könnten zur Entwicklung fortgeschrittenerer auf Nanodiamanten basierter Technologien für eine Vielzahl von Anwendungen führen, von der Beschriftung von Krebszellen bis zur Quantendetektion.

Quelle:
– „Quantum Diamonds at the Beach: Chemical Insights into Silica Growth on Nanoscale Diamond using Multimodal Characterization and Simulation“ von Perla J. Sandoval, Karen Lopez et al., ACS Nanosci. Au.