Diamanten mit nützlichen Leerstellen
Projekt zu Spinzentren in hochreinen Diamanten wird für zwei Jahre vom Mercator Research Center Ruhr gefördert.
Wie Ruß oder Graphit bestehen auch Diamanten aus Kohlenstoff. Bei den Edelsteinen sind die Atome jedoch gitterförmig neben- und übereinander angeordnet, sodass sie die wertvollen Kristalle bilden. Nicht nur für Schmuck und in der Werkstofftechnik, sogar für die Biomedizin und IT-Technologie sind speziell präparierte Diamanten interessant. Das Mercator Research Center Ruhr, eine Initiative der Stiftung Mercator und der Universitätsallianz Metropole Ruhr (UAMR), fördert nun ab dem 1. September für zwei Jahre das Projekt „Erzeugung und Untersuchung oberflächennaher Spinzentren in hochreinem Diamanten“. Forscher von drei Universitäten stellen diese besonderen Diamanten her und charakterisieren sie.
Abb.: Nicolas Wöhrl mit einer großen Version seines Forschungsobjekts. (Bild: S. Suleiman)
Um Diamanten die gewünschten Eigenschaften zu verleihen, sind tatsächlich Verunreinigungen nötig, die gezielt in hochreine Einkristalle oder Schichten eingebracht werden, sogenannte Spin- oder NV-Zentren: Ein Kohlenstoffatom im Kristallgitter ist durch ein Stickstoffatom ersetzt, direkt daneben liegt eine Leerstelle. Solche NV-Zentren existieren auch in natürlich vorkommenden Diamanten, doch Wissenschaftler der Universität Duisburg-Essen (UDE) beschäftigen sich seit 25 Jahren mit der Niederdrucksynthese von Diamanten zu Forschungszwecken. So ist es dem Team um Wöhrl heute möglich, zunächst hochreine Diamanten herzustellen, um in diese dann gezielt NV-Zentren einzubringen.
Gemeinsam mit Wissenschaftlern der Universitäten Bochum und Dortmund untersucht der 39-Jährige den Einfluss, den die Diamantoberfläche und die Position der Zentren im Kristall auf deren Leistungsfähigkeit haben. „Wenn wir die Mechanismen und Zusammenhänge verstehen, können wir bestimmte Eigenschaften künftig schon bei der Herstellung der Diamanten gezielt einstellen“, erklärt Wöhrl den Hintergrund des Projekts.
Die Ergebnisse könnten verbreiteten medizinischen Methoden, wie der Magnetresonanztomographie, eine bisher unerreichte räumliche Auflösung im Nanometerbereich verleihen. So wäre es denkbar, auch sehr kleine Objekte – wie lebende Zellen – deutlich darzustellen, ohne sie zu schädigen. Dies ist möglich, da Diamant nicht mit anderen Stoffen reagiert und unbedenklich für menschliches Gewebe ist.
Die Projektdauer ist auf zwei Jahre festgelegt, die Fördersumme beträgt rund 220.000 Euro. In der 6. Auswahlrunde unterstützt MERCUR, das mit seinen Förderprogrammen die strategische Kooperation der Ruhrgebietsuniversitäten stärkt, insgesamt zehn Projekte; an allen ist die UDE beteiligt, zwei leitet sie. Zudem gibt es eine gemeinsame UAMR-Professur für Bioinformatik – das Zentrum „Computational Biology“ sitzt künftig am Essener Campus.
UDE / PH
