Verblüffender Wechsel: Normalerweise ist der Diamant ein effektiver Isolator – er leitet keinen Strom. Doch das ändert sich, wenn man dünne Diamantnadeln biegt: Der Kohlenstoffkristall wird dadurch erst zum Halbleiter, dann sogar zum effektiven Stromleiter, wie Forscher herausgefunden haben. Dies eröffnet ganz neue Möglichkeiten, Nanodiamanten in verschiedensten Elektronik-Anwendungen einzusetzen.
Diamanten sind nicht nur begehrte Edelsteine, ihr kompaktes Kohlenstoffgitter macht sie auch zum härtesten natürlichen Material. Das Kristallgitter kann starkem Druck problemlos standhalten, ist dafür aber im Normalfall eher spröde als elastisch. Das jedoch ändert sich im Nanomaßstab: Formt man aus dem Edelstein dünne Diamantnadeln von nur 300 Nanometern Länge, lassen diese sich erstaunlich weit biegen, wie Wissenschaftler 2018 entdeckten.
Bandlücke schrumpft beim Biegen
Doch das ist nicht alles: Beim Biegen verändern sich auch die elektrischen Eigenschaften des Diamants fundamental, wie nun Zhe Shi vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) und seine Kollegen herausgefunden haben. Normalerweise leitet ein Diamant keinen Strom – er ist ein effektiver Isolator. Der Grund dafür ist eine breite Bandlücke von 5,6 Elektronenvolt (eV) , die die Kohlenstoffelektronen erst nach Zufuhr von relativ viel Energie aus dem Verbund löst und zu Ladungsträgern macht.
Das ändert sich jedoch, wenn man eine Diamantnadel verbiegt. Die Verformung verschiebt die Atome im Kristallgitter leicht gegeneinander und verändert dadurch auch die Bandlücke. Je stärker die Nadel gebogen wird, desto kleiner wird sie – und desto beweglicher werden die Elektronen im Diamant. Dadurch wandelt sich der Diamantkristall vom Isolator zum Halbleiter und schließlich zum Stromleiter, wie sich im Experiment zeigte.
