Diamant mit verborgenen Eigenschaften

Wissenschaftlerteam der Universität Heidelberg lüftete einige der Rätsel um die Materialverbindung aus Diamant und Bor

13.08.2008

Ein Diamant ist per se weder für die Mikroelektronik tauglich noch ist er ein Supraleiter. Implantiert man Bor-Atome in die Oberfläche eines Diamanten, so wird er halbleitend und damit interessant für die Mikroelektronik. Ein deutsches Wissenschaftlerteam erforschte die supraleitenden Eigenschaften bei diesem Material.

Ein Diamant, in den Bor-Atome implantiert wurden, wird nicht nur halbleitend, sondern weist auch sehr gute thermoelastische und mechanische Eigenschaften auf. Seit 2004 ist zudem bekannt, dass die Verbindung aus Diamant und Bor supraleitend ist. Bisher unbekannt waren jedoch die genauen Zusammenhänge, also beispielsweise, ob die Supraleitung eine universelle Eigenschaft von Diamanten ist oder ob die Konzentration der Bor-Atome, die sich im Kristallgitter eines Diamanten befinden, die Temperatur bestimmt, bei der die Verbindung supraleitend wird.

Ein Forscherteam aus Heidelberg, Bayreuth, Potsdam und Dresden setzte Untersuchungstechniken wie die hochauflösende Transmissionselektronen-Spektroskopie und die Elektronen-Energieverlust-Spektroskopie ein und lüftete damit einige der Rätsel um die Materialverbindung von Diamant und Bor. Die Mineralphysikerin Priv.-Doz. Dr. Natalia Dubrovinskaia stellte zunächst die Verbindung unter hohem Druck und bei sehr hohen Temperaturen her. Durch ausgefeilte Untersuchungstechniken fand das Wissenschaftlerteam der Universitäten Heidelberg und Bayreuth, des GeoForschungsZentrums Potsdam (GFZ) und des Forschungszentrums Dresden-Rossendorf (FZD) heraus, dass die Supraleitung der Verbindung nicht von einer hohen Bor-Konzentration im Diamant abhängig ist. Vielmehr wiesen die untersuchten Diamantkörner, entgegen der bisher gültigen wissenschaftlichen Meinung, nur eine geringe Menge von Bor auf. Die genaue Untersuchung der Mikrostruktur zeigte zudem erstmals, dass sich das Bor amorph, also ohne geordnete Struktur, zwischen den Diamantkörnern befindet.

"Diese Ergebnisse eröffnen neue Einsichten in das supraleitende Wesen von Diamanten: Das ist eine genauso überraschende wie unerwartete Entdeckung. Unsere Ergebnisse verändern die Richtung der Untersuchungen im Bereich der supraleitenden diamanthaltigen Materialien komplett, sodass sie völlig neue Perspektiven in der Synthese superharter und supraleitender Nanokompositen eröffnen" erläutert Dr. Natalia Dubrovinskaia.

Originalveröffentlichung: N. Dubrovinskaia, R. Wirth, J. Wosnitza, T. Papageorgiou, H. F. Braun, N. Miyajima, L. Dubrovinsky, "An insight into what superconducts in polycrystalline boron-doped diamonds based on investigations of microstructure"; PNAS - Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States,2008.

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