Mikrowelle bringt Rubine zum Leuchten

Gepimpte Edelsteine: Forscher haben ein ungewöhnliches Rezept entdeckt, um Rubine minderer Qualität aufzuwerten: Einfach die Edelsteine kurz in die Mikrowelle legen und schon erstrahlen sie in neuem Glanz. Analysen zeigen, dass das schnelle Erhitzen die Kristallstruktur der Rubine optimiert und ihre Lichtabsorption verbessert. Als Folge verwandeln sich schmutzig-bräunliche Exemplare in hellrote glänzende.

Rubine sind wegen ihrer rötlich schimmernden Farbe begehrte Edelsteine, werden aber auch für Laser und Sensoren genutzt. Rein geologisch sind diese Kristalle nichts Anderes als „verschmutzter“ Korund: ein Aluminiumoxid (Al2O3), in dessen Kristallgitter Chromatome eingelagert sind. Wie Geologen vor einigen Jahren herausfanden, bilden sich Rubine nur dort, wo zwei kontinentale Erdplatten miteinander kollidieren, beispielsweise im Himalayagebiet. Unter hohem Druck entsteht dort in zehn bis 40 Kilometern Tiefe der rote Korund.

Stumpf-braun statt leuchtend rot

Selten aber sind Rubine so farbrein und leuchtend rot, wie es die Schmuckhersteller gerne hätten. Oft haben sie bläuliche Stellen oder sind nur sehr dunkelrot. Doch es gibt Abhilfe: Behandelt man die Edelsteine mit Lasern, bestimmten Chemikalien oder starker Hitze, dann verändert dies die Elektronenanordnung in ihrem Gitter und damit auch die Lichtabsorption.

Eine ganz neue Methode, um Rubine zu neuem Strahlen zu bringen, haben nun Subhashree Swain vom indischen Institut für Mineralien und Materialforschung und ihre Kollegen entdeckt: Mikrowellen. Für ihre Studie nutzten sie mehrere Rubine, die in Sinapali im Nordosten Indiens gefunden wurden. Die zwischen fünf und elf Millimeter kleinen Edelstein-Bröckchen hatten eine rötlich-schwarze Farbe und galten daher als mindere Qualität.

Wundersame Verwandlung: Rubin aus Sinapali vor und nach der Mikrowellen-Behandlung © Subhashree Swain / Applied Physics A

Verwandlung in der Mikrowelle

Die Forscher legten die Rubine in eine Mikrowelle mit drei Megawatt Leistung und erhitzten sie darin rund 50 Minuten bis auf eine Temperatur von 1.500 Grad Celsius. Anschließend analysierten sie Struktur und Lichtabsorption der Steine unter anderem mittels Röntgendiffraktion, UV-Spektroskopie und Raman-Spektroskopie.

Das Ergebnis: Schon auf den ersten Blick war zu erkennen, dass die Rubine nach der Mikrowellen-Behandlung heller und rötlicher erschienen. Das spiegelte sich auch in den Messungen wider: „Die Absorption bei 560 Nanometern hat sich deutlich erhöht, ebenso die gesamte Lichtabsorption in höheren Wellenlängen von 600 bis 800 Nanometern“, berichten Swain und seine Kollegen. Weil dadurch mehr dunkelrot und Nahinfrarot herausgefiltert wird, erscheinen die Steine heller als vorher.

Veränderungen im Kristallgitter

Diese Veränderungen gehen auf kleinste Veränderungen im Kristallgitter der Rubine zurück, wie die Forscher erklären. Den Messungen nach veränderte die Bestrahlung die Elektronenverteilung von Fremdatomen wie Chrom, Eisen und Titan. Außerdem wurden Defekte und Unregelmäßigkeiten im Kristallgitter durch Umlagerungen behoben. Das erhöhte die Transparenz und Farbreinheit der Rubine.

„Das Erhitzen in der Mikrowelle ist eine unkonventionelle Methode zur schnellen thermischen Anregung – aber sie liefert gute Resultate in Edelsteinen wie den Rubinen“, sagt Swain. Dies verbessere die bisherigen Möglichkeiten, Rubine durch nachträgliche Behandlung zu optimieren. Denn die Mikrowelle sei schneller und gleichmäßiger als andere Formen des Erhitzens. (Applied Physics A, 2016; doi: 10.1007/s00339-016-9703-9)

(Springer Science and Business, 03.03.2016 – NPO)