Dok sam ja išao u školu, a i na fakultet, studirajući kemiju, učilo se kako se ugljik pojavljuje u dvije alotropske modifikacije. Prvu modifikaciju čini grafit, čija je molekula izgrađena od ugljikovih atoma raspoređenih u paralelno poslagane heksagonske mreže. Druga je modifikacija dijamant. U njemu ugljikovi atomi  grade tetraedarsku strukturu koja se proteže u sve tri dimenzije. I još jedna važna razlika: grafit vodi električnu struju, dijamant ne.

A onda se 1985. godine sve promijenilo. Otkrivena je molekula buckminsterfullerena, C₆₀,  nalik na nogometnu loptu. Potom su slijedile mnogobrojne kuglaste modifikacije ugljika, fullereni, pa nanocjevčice (nanotubes), pa grafeni. No ma koliko se te molekule sastavljene samo od ugljikovih atoma međusobno razlikovale, ipak su imale nešto zajedničko, a to je da su izgrađene od heksagonske, grafitne mreže. Ta mreža, ili bolje reći ploha, može biti ravna (grafit, grafen) ili pak zaobljena u obliku  kugle (fullereni) ili valjka (nanocjevčice). Stoga se sve nabrojene modifikacije ugljika mogu smatrati nekim oblikom grafita.

No s dijamantom je druga priča. On gradi trodimenzijsku, tetraedarsku strukturu. Ipak, i tu ima novosti. U meteoritima je pronađen novi mineral, lonsdaleit analiza kojeg je pokazala da je riječ o dijamantu, no u drugoj, heksagonskoj kristalnoj modifikaciji. Sada je trebalo samo posložiti kockice…

Kockice su došle na svoje mjesto kada je 2014. godine američki znanstvenik Larry A. Burchfield s braćom Al Fahim, Mohammedom i Rashedom  iz Ujedinjenih Arapskih Emirata objavio rad u kojem su pretpostavili još jednu modifikaciju ugljika – novamen (novamene). Dvije godine kasnije u suradnji s kolegama iz Sjedinjenih Država i Italije (Milana) objavili su rad u časopisu Heliyon znanstveni članak u kojem su opisali svojstava nove tvari na temelju kvantno-mehaničkih proračuna. Kakva je to tvar i kakva su joj svojstva?

Zamisao je jednostavna da jednostavnija ne može biti: ako postoje modifikacije s planarno vezanim ugljikovim atomima (grafit, grafen, fullereni…) i one s tetraedarski vezanima (dijamant, lonsdaleit), zašto ne bi postojala modifikacija s atomima obje vrste, i onima planarno  i onima  tetraedarski vezanima? Pitanje je to naravnije što takve molekule, s dvama vrstama ugljikovih atoma,  kemičari već odavno poznaju. Riječ je o nezasićenim ugljikovodicima (i masnim kiselinama…) koji uz jednostruku veze (C-C) imaju tertaedarski koordinirane atome (ugljikov sp³ hibrid), a na svakom kraju dvostruke veze (C=C) planarno koordinirane ugljikove atome (ugljikov sp² hibrid). Treba dakle napraviti ugljikovodik s jednostrukim i dvostrukim vezama – samo bez vodika.

I evo ga: uz najjednostavniji novamen, onaj s jednim prstenom (single-ring novamene), tu su linearni i svinuti novameni s tri prstena, potom zbijeni (clustered) novameni s tri i četiri prstena. No ma kako te molekule izgledale, jedno im je zajedničko: u njima se nalaze „otočići“ grafita (sp² hibridiziranih atoma) okruženi dijamantom (sp³ hibridiziranim atomima). Dijamant se, jasno, nalazi u svojoj heksagonskoj modifikaciji. Kažem „jasno“ jer zahvaljujući baš takvoj, heksagonskoj modifikaciji ima istu simetriju kao i grafit,  pa se s njime može slagati u istu molekulu.

I  što sad? Na Festivalu znanosti u zagrebačkom Tehničkom muzeju Nikola Tesla uvjerio sam se kako je slaganje modela molekula lijepa igra, za stare i mlade, za one koji znaju i koji ne znaju kemiju, pa kad sam vidio slike takvih modela u časopisu Heliyon  prva mi je misao bila: baš su se lijepo igrali. I zaista bi to bila samo igra da se grafit i dijamant ne razlikuju, kao što sam rekao na početku članka, po električnim svojstvima. Grafit vodi, a dijamant ne vodi električnu struju. Ili, da budem određeniji, razlika potencijala između valentnog i vodljivog pojasa u grafitu iznosi 0 eV, u heksagonskom dijamantu (lonsdaleitu) 4,5 eV – a u novamenu s jednim prstenom 0,34 eV. To znači da je novamen poluvodič, pa kao takav može poslužiti kao materijal za izradu elektroničkih sklopova, prije svega onih u kompjutorima. No to nije sve: novamen može poslužiti i za izradu kvantnih računala.

Zamisao o kvantnom računalu dosta je stara. Takvo bi računalo – da svedemo na bitno - zapisivalo informaciju u obliku elektronskog spina, kvantnog bita, kvabita (qubit). No problem je u izvedbi. Zbog sudaranja molekula (toplinskog gibanja) kvantno se stanje elektronskog spina ne može održati dulje od sekunde i to na temperaturi od samo osam kelvina. Drugi je problem broj elektrona. Ako ih osnovna jedinica memorije (bistabil) sadržava previše, nastaje šum. Svih tih problema ne bi bilo kad bi kvantna računala bila napravljena od novamena. Bistabil bi bio grafitni otočić, s  - razumije se - malim brojem elektrona. Usto se ne bi mogao sudarati s molekulama jer bi bio zatvoren u dijamantni kavez. Na sićušnost osnovne memorijske jedinice ne treba trošiti riječi.  Jedan bit (kvabit) informacije mogao bi se spremiti u volumen ne veći od kubičnog nanometra – što znači (teoretski) 10¹⁸ bita (milijardu GB!) u kubičnom milimetru kompjutorske memorije.

„Lako je tebi crtati formule po ploči!“, na mene će kolega koji je trebao formule s ploče - organskom sintezom  - pretvoriti u kemijske spojeve. To bi se moglo reći i za teorijsko istraživanje novamena, tvari kojih nema u prirodi ni u epruveti kemičara. Pa ipak, „razvijamo raznolike strategije za sintezu novamena, polazeći  kako od jednostavnijih tako i od složenijih spojeva“. To je  rekao Daniel Choi, kemičar koji se već proslavio sintezom fullerena, ugljikovih nanocjevćica i grafena. (Kemija sve više nalikuje arhitekturi. Nekoć je sve ovisilo o sreći: danas se molekula najprije projektira, izračunaju joj se svojstva, a tek se onda pokuša sintetizirati.) Stoga nas možda i ne dijeli mnogo vremena od dana kada će Silicijsku dolinu zamijeniti ona „ugljična“, a današnja elektronička računala ustupiti mjesto kvantnim nanokompjutorima.

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju. Do umirovljenja je radio u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI)  istražujući biološki zanimljive kompleksne spojeve metodama računalane kemije. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti surađujući u mnogim časopisima i revijama (Priroda, ABC tehnike, Čovjek i svemir, Modra lasta, Smib, Fokus). Napisao je preko dvije tisuće znanstveno-popularnih članaka, 13 znanstveno-popularnih knjiga te u koautorstvu dva sveučilišna udžbenika. Sada osim za BUG online piše za mrežne stranice  Zg-magazina te za časopis Čovjek i svemir. U časopisu Kemija u industriji je stalni komentator te urednik rubrike „Kemija u nastavi“. Godine 2003. dodijeljena mu je Državna godišnja nagrada za promidžbu i popularizaciju znanosti.