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MATERIALWISSENSCHAFT: Diamantenproduktion mit Lasern

Die Werkstoffwissenschaftler Jagdish Narayan und Anagh Bhaumik von der North Carolina State University (USA) haben ein neues Verfahren entwickelt, um Diamanten zu produzieren. Sie beschießen dünne Kohlenstofffilme auf einer Unterlage aus Glas oder Saphir mit kurzen Laserpulsen und erzeugen so eine stark unterkühlte Kohlenstoffschmelze. Wenn diese anschließend schlagartig wieder Zimmertemperatur annimmt, entsteht laut den Forschern eine bisher unbekannte Kohlenstoffvariante, der so genannte Q-Kohlenstoff. Darin sind die Atome überwiegend tetraedrisch angeordnet wie in Diamant und zum kleineren Teil wabenförmig wie in Graphit. Das Material besitzt eine hohe Massendichte und ist ferromagnetisch wie Eisen.

Im Q-Kohlenstoff wachsen an winzigen Kristallisationskeimen Diamanten, berichten die Autoren. Je nachdem, welche Bedingungen man vorgebe, entstehe der Diamant als Körnchen mit der Größe von Nano- oder Mikrometern (milliardstel beziehungsweise millionstel Meter), in Form von Nadeln oder als monokristallines Blatt. Welches Produkt herauskommt, hängt davon ab, wie schnell der Kohlenstoff abkühlt und auf welchem Untergrund (Substrat) er platziert wird.

Bisherige Methoden, um Diamant zu erzeugen, erfordern hohe Drücke und Temperaturen sowie spezielle chemische Umgebungen. Narayan und Bhaumik hingegen können ihren Prozess bei Zimmertemperatur und normalem Umgebungsdruck durchführen und benötigen weder Katalysatoren noch besondere chemische Umgebungen. Die Energie zum Schmelzen des Kohlenstoffs liefern bei ihnen Laserpulse einer Wellenlänge von rund 200 Nanometern und einer Dauer von einigen zehn Nanosekunden (milliardstel Sekunden). Hierfür lassen sich Lasergeräte nutzen, die unter anderem für Augenoperationen eingesetzt werden.

Februar 2016

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft Februar 2016

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  • Quelle

Narayan, J. und Bhaumik, A.: Novel Phase of Carbon, Ferromagnetism, and Conversion into Diamond. In: J. Appl. Phys. 118, 2015