Stanford och SLAC National Accelerator Laboratory driver tillsammans världens ledande program för att isolera och studera diamantoider – de minsta möjliga diamantfläckarna. Finns naturligt i petroleumvätskor, dessa sammankopplade kolburar väger mindre än en miljarddels miljarddels karat (en karat väger ungefär lika mycket som 12 riskorn); de minsta innehåller bara 10 atomer.

Under det senaste decenniet, ett team ledd av två Stanford-SLAC-fakultetsmedlemmar – Nick Melosh, en docent i materialvetenskap och teknik och fotonvetenskap, och Zhi-Xun Shen, en professor i fotonvetenskap och i fysik och tillämpad fysik – har hittat potentiella roller för diamantoider för att förbättra elektronmikroskopbilder, sammansättning av material och utskrift av kretsar på datorchips. Teamets arbete sker inom SIMES, Stanford Institute for Materials and Energy Sciences, som drivs tillsammans med SLAC.

Innan de kan göra det, fastän, bara att få diamantoiderna är en teknisk bedrift. Det börjar vid det närliggande Chevron-raffinaderiet i Richmond, Kalifornien, med en järnvägstankvagn full med råolja från Mexikanska golfen. "Vi analyserade mer än tusen oljor från hela världen för att se vilka som hade de högsta koncentrationerna av diamantoider, säger Jeremy Dahl, som utvecklade viktiga diamondoid-isoleringstekniker tillsammans med Chevron-forskaren Robert Carlson innan båda kom till Stanford – Dahl som en fysikalisk forskarassistent och Carlson som gästforskare.

De ursprungliga isoleringsstegen utfördes vid Chevron-raffinaderiet, där de utvalda råoljorna kokades i enorma kastruller för att koncentrera diamantoiderna. En del av resterna från det arbetet kom till ett SLAC-labb, där små partier kokas upprepade gånger för att avdunsta och isolera molekyler med specifik vikt. Dessa vätskor tvingas sedan vid högt tryck genom sofistikerade filtreringssystem för att separera ut diamanter av olika storlekar och former, var och en har olika egenskaper.

Själva diamantoiderna är osynliga för ögat; den enda anledningen till att vi kan se dem är att de klumpar ihop sig fint, sockerliknande kristaller. "Om du hade en sked, "Dahl säger, håller några i handflatan, "du kan ge 100 miljarder av dem till varje människa på jorden och fortfarande ha en del över."

Nyligen, teamet började använda diamantoider för att fröa tillväxten av felfria, diamanter i nanostorlek i ett labb i Stanford. Genom att introducera andra element, som kisel eller nickel, under växtprocessen, de hoppas kunna göra nanodiamanter med exakt skräddarsydda brister som kan producera enstaka fotoner av ljus för nästa generations optisk kommunikation och biologisk avbildning.

Tidiga resultat visar att kvaliteten på optiska material som odlas från diamantformade frön är genomgående hög, säger Stanfords Jelena Vuckovic, en professor i elektroteknik som leder denna del av forskningen tillsammans med Steven Chu, professor i fysik och i molekylär och cellulär fysiologi.

"Att utveckla ett pålitligt sätt att odla nanodiamanterna är avgörande, säger Vuckovic, som också är medlem i Stanford Bio-X. "Och det är verkligen fantastiskt att ha den källan och odlaren här på Stanford. Våra medarbetare odlar materialet, vi karaktäriserar det och vi ger dem feedback direkt. De kan ändra vad vi vill att de ska förändra."