10.000 Mal reiner als lupenrein – Stuttgarter Physiker minimieren Verunreinigungsgrad von Diamanten

Wissenschaftler des 3. Physikalischen Instituts der Universität Stuttgart haben nun in Zusammenarbeit mit der britischen Firma element6 Diamanten hergestellt, die 10.000-mal reiner sind als alle bisher bekannten Diamanten.

Darüber berichtete jetzt die renommierte Fachzeitschrift „Nature Materials“.*) „Ähnlich wie hochreines Silizium die Basis für die moderne Halbleiterindustrie darstellt, könnte dieses Material eine entscheidende Rolle für die Weiterentwicklung der Informationstechnologie spielen“, sagen die Stuttgarter Physiker.

Hochreiner Diamant besteht ausschließlich aus Kohlenstoff. In den meisten Fällen enthalten die Steine aber auch andere Elemente, am häufigsten Stickstoff, die den Diamanten einfärben können. Den Wissenschaftlern ist es gelungen, den Verunreinigungsgrad mit Stickstoffatomen bis auf wenige ppb (parts per billion, eins pro eine Milliarde) zu reduzieren, etwa 10.000-mal geringer als dies bei den besten Diamanten zuvor der Fall war. In diesen extrem sauberen Steinen sind Verunreinigungen selbst mit der Lupe fast nicht mehr auszumachen. Die wenigen verbliebenen Fremdatome verhalten sich fast wie Atome im Vakuum. Bei einer solchen Reinheit wird sogar das Kohlenstoffisotop 13C selbst zu einer Verunreinigung. Bestehen natürlichen Diamanten zu 1,1 Prozent aus 13C, so enthält der Stuttgarter Diamant nur noch 0,03 Prozent 13C und der Rest besteht aus dem Isotop 12C. „Dadurch können wir feststellen, ob sich diese Atome so verhalten wie es für die Verwendung in der (Quanten-)Informationsverarbeitung notwendig ist“, erklärt Institutsleiter Prof. Jörg Wrachtrup.

In einem speziellen Verfahren stellen die Physiker Diamanten aus Methanplasma her. Die Steine wiegen 0.01 Karat, dies entspricht zwei Milligramm. Aufgrund des aufwändigen Herstellungsprozesses beträgt der Wert pro Karat etwa eine Million Euro – ein Vielfaches des Preises für einen normalen Diamant. Auch wenn dieser Preis solche Diamanten als Schmuckstein uninteressant macht, kann sich ihr Einsatz in der Wissenschaft und Technik als unabdingbar erweisen. Die damit einhergehende Massenproduktion einhergehend würde sicher zu einer Preissenkung führen.

*) Fedor Jelezko, Jörg Wrachtrup et al.: Ultralong spin coherence time in isotopically engineered diamond, in: Nature Materials, doi 10.1038/nmat2420. http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/abs/nmat2420.html

Weitere Informationen bei Prof. Jörg Wrachtrup, 3. Physikalisches Institut, Tel. 0711/685-65278, e-mail: wrachtrup@physik.uni-stuttgart.de