Ein Diamantkristall hat viele nützliche Eigenschaften, doch um elektrischen Strom zu leiten, taugt er nicht. Ganz im Gegenteil ist das Pyramidengitter aus Kohlenstoffatomen als Isolator bekannt. Physik und Werkstoffwissenschaft überlisten widerspenstige Materialien durch Einbringen von Fremdatomen, die so genannte Dotierung. Damit kann Diamant – wenn auch mit hohem Aufwand und geringer Effizienz – zu einem Halbleiter gemacht werden. Eine Alternative bieten Prof. Lothar Ley von der Universität Erlangen-Nürnberg: die Dotierung ohne Fremdatome.
Für Physiker ist die Entdeckung auch deshalb von Interesse, weil sich Parallelen zur so genannten Oberflächenleitfähigkeit von Diamant ergeben, die unter Fachleuten kontrovers diskutiert wird.
Die elektronischen Eigenschaften von Halbleiterkristallen, ohne die moderne Informationsverarbeitung nicht denkbar ist, sind durch die Bandlücke bedingt, eine für Elektronen „verbotene“ Zone, die zugleich wie eine hohe Mauer wirkt. Ohne Energiezufuhr überwinden Elektronen diese Sperre nur, wenn auf Seiten der niedrigeren Energieniveaus kein Platz mehr für sie übrig ist; in diesem Fall können sie sich auf den höheren Niveaus frei bewegen. Umgekehrt wandern positiv geladene „Löcher“ auf den niedrigen Niveaus, wenn dort Elektronen fehlen. In beiden Fällen fließt Strom. Sind jedoch die verfügbaren Positionen unterhalb der Bandlücke – wie Theatersitze hinter einer Absperrung – vollständig mit Elektronen aufgefüllt, bleiben alle elektrischen Ladungsträger am Platz.
Wie viele Elektronen oder Löcher es ober- bzw. unterhalb der Bandlücke gibt, kann durch den Einbau von Fremdatomen ins Kristallgitter gesteuert werden. Über diese Dotierung sind die elektronischen Eigenschaften von Halbleitern gezielt einstellbar. Auch Diamant kann so in einen Halbleiter verwandelt werden, doch das erfordert einen hohen Energieaufwand, und die Zahl der Atome, die eingeschleust werden können, ist begrenzt.
