Ein Diamant ist zwar „unvergänglich“, aber wegen seiner mangelnden Leitfähigkeit eigentlich nicht für die Mikroelektronik geeignet. Implantiert man jedoch Bor-Atome in die Oberfläche des Edelsteins, ändert sich dies. Ein deutsches Wissenschaftlerteam hat jetzt erforscht, wie das Bor die supraleitenden Eigenschaften bei diesem Material beeinflusst. Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse im Fachjournal „ Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS).
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, also verlustfrei Strom leitet 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. Diese Temperatur wird Sprungtemperatur genannt. Supraleitung tritt meist nur bei sehr tiefen Temperaturen auf.
Ein Forscherteam der Universitäten Heidelberg und Bayreuth, des GeoForschungsZentrums Potsdam (GFZ) und des Forschungszentrums Dresden-Rossendorf (FZD) setzte nun 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 Natalia Dubrovinskaia stellte dabei zunächst die Verbindung unter hohem Druck und bei sehr hohen Temperaturen her, also unter Bedingungen, wie sie im Inneren der Erde herrschen.
Supraleitung unabhängig von Bor-Konzentration
Durch ausgefeilte Untersuchungstechniken fand das Wissenschaftlerteam 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“, so die Heidelberger Natalia Dubrovinskaia von der Forschungsgruppe Mineralphysik des Instituts für Geowissenschaften, „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, so dass sie völlig neue Perspektiven in der Synthese superharter und supraleitender Nanokompositen eröffnen.“
(Universität Heidelberg, 12.08.2008 – NPO)
