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Die angewandte Technik kombiniert hohen Druck und hohe Temperaturen, um kleine Scheiben dieses ultra-harten Diamanten zu produzieren. In Nature veröffentlicht, könnten diese Ergebnisse Bereiche wie die Elektronik oder die Herstellung von Bohrwerkzeugen revolutionieren. Herkömmliche Diamanten, bekannt für ihre Härte, könnten so ersetzt werden.
Die molekulare Struktur gewöhnlicher Diamanten basiert auf Kohlenstoffatomen, die perfekte Tetraeder bilden. Diese als kubisch-flächenzentrierte Anordnung bezeichnete Struktur verleiht dem Diamanten seine außergewöhnliche Widerstandsfähigkeit. Der Lonsdaleit hingegen weist eine hexagonale Struktur auf, mit anders angeordneten Kohlenstoffschichten.
Das Team von Wenge Yang hat im Labor die extremen Bedingungen eines Meteoriteneinschlags nachgebildet, um diesen hexagonalen Diamanten zu synthetisieren. Durch Komprimieren von gereinigtem Graphit bei Drücken, die 200.000 Atmosphären entsprechen, und Erhitzen mit Laser erhielten sie dieses vielversprechende Material. Trotz vorhandener Verunreinigungen bestätigten die Analysen die hexagonale Struktur.
Strukturelle Unterschiede zwischen kubischem Diamant (links) und hexagonalem Diamant (rechts).
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Die potenziellen Anwendungen von Lonsdaleit sind vielfältig und reichen von Hochleistungselektronik bis hin zu Quantentechnologien. Allerdings ist die Herstellung größerer und reinerer Kristalle notwendig, um seine Eigenschaften vollständig nutzen zu können. Forscher schätzen, dass seine industrielle Einführung etwa ein Jahrzehnt dauern könnte.
Was ist Lonsdaleit?
Lonsdaleit ist eine Form von Diamant mit einer hexagonalen Kristallstruktur, die sich von der Struktur gewöhnlicher Diamanten unterscheidet. Sie wurde ursprünglich in Meteoriten identifiziert, wo sie unter extremem Druck und extremen Temperaturen entsteht.
Diese Diamantvariante ist theoretisch härter als klassischer kubischer Diamant, dank ihrer einzigartigen atomaren Anordnung. Die Kohlenstoffatome sind in abwechselnden Schichten angeordnet, was einen erhöhten Widerstand gegen Verformungen bieten könnte.
Die Synthese von Lonsdaleit im Labor stellt einen bedeutenden Fortschritt dar. Sie ermöglicht die Untersuchung seiner Eigenschaften, ohne auf seltene Meteoritenproben angewiesen zu sein, und ebnet den Weg für industrielle Anwendungen.
Trotz dieser Fortschritte bestehen weiterhin Herausforderungen, wie die Herstellung reiner und ausreichend großer Kristalle. Diese Hindernisse müssen überwunden werden, damit Lonsdaleit in großem Maßstab eingesetzt werden kann.
Wie wird Lonsdaleit synthetisiert?
Die Synthese von Lonsdaleit erfordert extreme Bedingungen, ähnlich denen bei einem Meteoriteneinschlag. Forscher verwenden eine Diamantstempelzelle, um enorme Drücke zu erzeugen, kombiniert mit Lasererwärmung.
Der Prozess beginnt mit gereinigtem Graphit, einer weniger dichten Form von Kohlenstoff. Unter Druck ordnen sich die Graphitschichten neu an, um die charakteristische hexagonale Struktur des Lonsdaleits zu bilden.
Die Beherrschung dieser Parameter ist entscheidend, um die Bildung von klassischem kubischem Diamant oder Verunreinigungen zu vermeiden. Die Forscher passen Druck und Temperatur sorgfältig an, um die Bildung von Lonsdaleit zu begünstigen.
Diese Synthesemethode ermöglicht eine präzise Kontrolle über die Materialbildung. Sie stellt einen Schritt in Richtung der Herstellung von Lonsdaleit für praktische Anwendungen dar.