Im Tower zu London stehen die Menschen Schlange, um einen Blick auf den Koh-I-noor werfen zu können, den 108 Karat schweren Diamanten aus der Krone von Queen Mum. Vielleicht aber ist ein großer, 100 Karat schwerer Diamant bald nichts so Besonderes mehr? Denn im Geophysikalischen Labor der Carnegie-Institution in Washington arbeitet man an künstlichen Riesendiamanten. Ganz echt und lupenrein – aber doch aus der Retorte. Allerdings wollen die Geophysikern nicht de Beers Konkurrenz machen, sondern die Verhältnisse im Erdkern simulieren:
Diamanten werden für solche Experimente eingesetzt, weil sie sehr hart sind und durchsichtig, das macht die Messungen einfacher. Aber die Diamanten, die wir einsetzen, müssen makellos sein und dürfen keine Mikrorisse haben, damit sie trotz der extrem hohen Drücke und Temperaturen bei der Simulation nicht zerbrechen. Wir brauchen also erstklassige, natürliche Diamanten, aber die sind meist klein, so daß wir leider nur mit winzigen Proben experimentieren. Deshalb haben wir nun ein Verfahren entwickelt, bei dem ein einzelner großer Diamant aus der Gasphase kristallisiert.
Russell Hemley von der Carnegie Institution. Man habe einen bekannten Prozeß vervollkommnet, erläutert er. Das Rezept für den perfekten Kristall: Man leite Methan, Wasserstoff, Stickstoff und das eine oder andere Spurengas in einen Reaktor, in dem ein kleines Diamantplättchen als Kristallisationskeim hängt. Das Ganze wird mit Mikrowellen erhitzt, ein Plasma entsteht.
Aus der Gasphase lagert nun sich der Kohlenstoff um den Keim herum an, ein perfekter, großer Diamant wächst. Wir können wir innerhalb eines Tages einen fünf Millimeter großen Diamanten in Schmuckqualität herstellen. Derzeit schaffen wir fünf Karat, aber unser Ziel sind 100 Karat. Unsere Diamanten haben zudem ungewöhnliche mechanische Eigenschaften.
Die man für die Experimente braucht. Die Diamanten aus dem Gas sind extrem hart. Den Koh-I-noor sollte man nicht damit ritzen. Und die Härte der Labordiamanten läßt sich noch verstärken:
Wenn man diesen Diamanten für eine Weile unter hohen Druck und hoher Temperatur setzt, steigt seine Härte – und zwar jenseits der eines normalen Diamanten.
Der Grund liegt im Kristallgitter. Ein Diamant besteht im Grunde aus äußerst dicht gepackten Kohlenstoffatomen. Nur ist dieses Gitter niemals perfekt.
Von Natur aus haben Diamanten kleine Verunreinigungen, etwa durch den Einbau von ein anderen Elementen ins Kristallgitter, oder weil das eine oder andere Atom im Gitter fehlt, oder es leicht verschoben sitzt. Diese Fehler verändern die Eigenschaften des Diamanten. Auch unsere Diamanten sind nicht perfekt. Und zwar sind die Kohlenstoffatome nicht ganz genau in Reih’ und Glied ausgerichtet, sondern leicht verschoben – und das verbessert die mechanischen Eigenschaften. Das macht sie härter, weil sich ein Riß im Kristall nicht mehr ausbreiten kann.
Im Geophysiklabor haben die Gas-Diamanten ihre Feuertaufe überstanden. Mit ihnen konnten die Forscher die Verhältnisse tief im Erdkern simulieren. Was diese Diamanten genau aushalten, ist unklar – bei dem Versuch, ihre Härte zu bestimmen, zerbrach ein 10.000 Dollar-teures Meßinstrument.
Trotzdem stoßen die Carnegie-Diamanten derzeit auf großes Interesse bei der Industrie. Denn mischt man dem Rezept etwa ein paar Atome eines Halbleiterelements hinzu, könnte das die Basis sein für eine neue Generation von Computern, die auf Diamant basieren und nicht mehr auf Silizium. Der Diamantcomputer sollte noch bei extremer Beanspruchung funktionieren. Neue Laser wären denkbar oder hochfeste Schneidgeräte. Und sieht man Diamanten von der Größe des Koh-I-noor bald abends in der Disco. Queen Mum wird sich im Grabe umdrehen.
Diamanten werden für solche Experimente eingesetzt, weil sie sehr hart sind und durchsichtig, das macht die Messungen einfacher. Aber die Diamanten, die wir einsetzen, müssen makellos sein und dürfen keine Mikrorisse haben, damit sie trotz der extrem hohen Drücke und Temperaturen bei der Simulation nicht zerbrechen. Wir brauchen also erstklassige, natürliche Diamanten, aber die sind meist klein, so daß wir leider nur mit winzigen Proben experimentieren. Deshalb haben wir nun ein Verfahren entwickelt, bei dem ein einzelner großer Diamant aus der Gasphase kristallisiert.
Russell Hemley von der Carnegie Institution. Man habe einen bekannten Prozeß vervollkommnet, erläutert er. Das Rezept für den perfekten Kristall: Man leite Methan, Wasserstoff, Stickstoff und das eine oder andere Spurengas in einen Reaktor, in dem ein kleines Diamantplättchen als Kristallisationskeim hängt. Das Ganze wird mit Mikrowellen erhitzt, ein Plasma entsteht.
Aus der Gasphase lagert nun sich der Kohlenstoff um den Keim herum an, ein perfekter, großer Diamant wächst. Wir können wir innerhalb eines Tages einen fünf Millimeter großen Diamanten in Schmuckqualität herstellen. Derzeit schaffen wir fünf Karat, aber unser Ziel sind 100 Karat. Unsere Diamanten haben zudem ungewöhnliche mechanische Eigenschaften.
Die man für die Experimente braucht. Die Diamanten aus dem Gas sind extrem hart. Den Koh-I-noor sollte man nicht damit ritzen. Und die Härte der Labordiamanten läßt sich noch verstärken:
Wenn man diesen Diamanten für eine Weile unter hohen Druck und hoher Temperatur setzt, steigt seine Härte – und zwar jenseits der eines normalen Diamanten.
Der Grund liegt im Kristallgitter. Ein Diamant besteht im Grunde aus äußerst dicht gepackten Kohlenstoffatomen. Nur ist dieses Gitter niemals perfekt.
Von Natur aus haben Diamanten kleine Verunreinigungen, etwa durch den Einbau von ein anderen Elementen ins Kristallgitter, oder weil das eine oder andere Atom im Gitter fehlt, oder es leicht verschoben sitzt. Diese Fehler verändern die Eigenschaften des Diamanten. Auch unsere Diamanten sind nicht perfekt. Und zwar sind die Kohlenstoffatome nicht ganz genau in Reih’ und Glied ausgerichtet, sondern leicht verschoben – und das verbessert die mechanischen Eigenschaften. Das macht sie härter, weil sich ein Riß im Kristall nicht mehr ausbreiten kann.
Im Geophysiklabor haben die Gas-Diamanten ihre Feuertaufe überstanden. Mit ihnen konnten die Forscher die Verhältnisse tief im Erdkern simulieren. Was diese Diamanten genau aushalten, ist unklar – bei dem Versuch, ihre Härte zu bestimmen, zerbrach ein 10.000 Dollar-teures Meßinstrument.
Trotzdem stoßen die Carnegie-Diamanten derzeit auf großes Interesse bei der Industrie. Denn mischt man dem Rezept etwa ein paar Atome eines Halbleiterelements hinzu, könnte das die Basis sein für eine neue Generation von Computern, die auf Diamant basieren und nicht mehr auf Silizium. Der Diamantcomputer sollte noch bei extremer Beanspruchung funktionieren. Neue Laser wären denkbar oder hochfeste Schneidgeräte. Und sieht man Diamanten von der Größe des Koh-I-noor bald abends in der Disco. Queen Mum wird sich im Grabe umdrehen.