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Materialwissenschaften: Künstliche Diamanten in besserer Qualität

Rosa Funkeln
Dank eines neuen Verfahrens können Diamanten im Labor nun auch bei niedrigen Drücken hergestellt werden. Ein Team um Yu-fei Meng von der Carnegie Institution hat im Experiment ohne Druckkammer synthetische Edelsteine hergestellt. Das Material hat sich dabei nicht in Graphit umgewandelt, was in früheren Versuchen das Problem war.

Herkömmliche Methoden imitieren die hohen Drücke des Erdinneren – mitunter das 60 000-Fache des atmosphärischen Drucks –, wo sich Diamanten auf natürlichem Wege formen. Die Größe der Kristalle bleibt dadurch allerdings auf den Umfang einer Druckkammer beschränkt.

Rosa Funkeln | Diese Diamanten wurden im Labor mittels chemischer Dampfabscheidung hergestellt. Sie erhalten dank einer neuen Niedrigdruck/Hochtemperatur-Behandlung sehr gute optische Qualitäten und häufig eine charakteristische rosa Färbung, wie hier beim zweiten Edelstein von rechts zu sehen.
Meng und Kollegen stellten die Kristalle nun mit Hilfe der chemischen Dampfabscheidung (CVD) her. So produzierte Einkristall-Diamanten wachsen schnell – bis zu 150 Mikrometer pro Stunde. Anschließend glühten die Forscher ihre Produkte bei bis zu 2200 Grad Celsius in einem Mikrowellenplasma. Damit entfernten die Wissenschaftler die typischen gelben bis braunen Verfärbungen, die bei schnellem Kristallwachstum entstehen: Ihre Diamanten sind farblos oder leicht rosa.

Durch analytische Methoden wie Fotolumineszenz und Absorptionsspektroskopie konnten die Forscher die Kristalldefekte genau identifizieren, welche die Farbänderungen hervorrufen. Die rosa Tönung entsteht dabei durch bestimmte Strukturen, bei denen ein Stickstoffatom den Platz eines Kohlenstoffatoms einnimmt, direkt neben einem unbesetzten Platz im Kristallgitter. (mh)

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  • Quellen
Meng, Y. et al.: Enhanced optical properties of chemical vapor deposited single crystal diamond by low-pressure/high temperature annealing. In: Proceedings of the National Academy of Scienes 10.1073/pnas.0808230105, 2008.

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