Onderzoekers van de Universiteit Hasselt zijn er in geslaagd om de kleinste diamant ter wereld te ontwikkelen. De synthetische nanodiamant bestaat uit 26 koolstofatomen en is ongeveer honderdduizend keer kleiner dan de breedte van een menselijk haar. Deze ontdekking levert nieuwe kennis op voor biomedisch onderzoek en toepassingen in de industrie.

Diamant is niet alleen het hardste materiaal ter wereld, het heeft ook unieke optische eigenschappen die het uiterst geschikt maken voor industriële doeleinden zoals in lasers, kwantumtechnologie of voor medische doeleinden (bijv. nanoschaal MRI). Met deze laatste kan je op nanoschaal (een nanometer is een miljoenste van een millimeter) DNA en proteïnen detecteren in cellen.

Minimum aantal atomen
“Om dergelijke sensoren te maken moeten de nanodiamanten absoluut puur zijn”, legt prof. dr. Milos Nesladek van UHasselt uit. “Als eerste onderzoekers zijn wij nu op zoek gegaan naar het absolute minimum aantal atomen die nodig zijn om de kern van een diamant te vormen. De bouwsteen van waaruit de perfecte diamantkristal kan groeien. Deze kristallen bestaan dus enkel uit pure koolstofatomen (bereikte zuiverheid is 0.1 miljardste).”

26 koolstofatomen
“Het is de eerste keer dat het minimum aantal atomen van waaruit een kern van een diamant kan ontstaan bepaald werd” zegt Milos Nesladek. “In ons laboratorium werkten we bottom-up. We synthetiseren eerst diamandoid moleculen om ze daarna aan elkaar te binden.”

Uit het onderzoek blijkt dat een cluster van 26 koolstofatomen minimaal nodig is om een kern van een perfecte diamantkristal te vormen, van waaruit de diamant verder kan groeien. Dit aantal werd zowel theoretisch uitgerekend als experimenteel vastgesteld.

Kleinste diamant nuttiger dan de grootste
“Deze methode biedt een nieuw licht op het synthetische maakproces van diamanten en hoe we de pure samenstelling hiervan nog kunnen verbeteren. Deze kennis van kernvorming kan ook gebruikt worden in andere onderzoeksvelden zoals bij het produceren van siliciumlagen die dienen als halfgeleider voor transistors of bij computerchips”, besluit de onderzoeker van UHasselt. “De grootste diamanten spreken bij velen tot de verbeelding, maar ons onderzoek toont aan dat deze kleinste diamanten even aantrekkelijk én zelfs nuttiger kunnen zijn.”

Dit onderzoek werd uitgevoerd in samenwerking met Stanford University, het Tsjechische Academy of Sciences en de universiteit van Giessen, Duitsland. De bevindingen worden gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America).