Cambridge – Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) manipulieren die elektronischen Eigenschaften von Diamanten so, dass sie sich von Isolatoren in hochleitfähiges Metall verwandeln. Hierfür setzen sie winzige Nanonadeln des Edelsteins einem mechanischen Druck aus, was sich wiederum direkt darauf auswirkt, wie leicht sich Elektronen im Material bewegen können. Der Prozess ist dynamisch, reversibel und fügt den Diamanten keinen nachhaltigen Schaden zu, versprechen die Experten.
Flexibilität im Funktionsdesign
«Die Möglichkeit, die elektronische Leitfähigkeit von Diamanten künstlich zu steuern, ohne dabei ihre chemische Zusammensetzung und Stabilität zu verändern, eröffnet uns eine bislang ungeahnte Flexibilität für ein individuell kontrollierbares Funktionsdesign», so Subra Suresh, Professor am Department of Materials Science and Engineering des MIT. «Der Ansatz hat grosses Anwendungspotenzial im mechanischen, mikroelektronischen, biomedizinischen und energietechnischen Bereich», betont der Experte.
Zum Beispiel liesse sich aus einem einzelnen winzigen Stück Diamant, das so belastet wird, dass es sich leicht verbiegt, eine Solarzelle bauen, die alle Frequenzen des Lichtspektrums einfängt. «Im Moment lässt sich das nur mit Tandem-Geräten erreichen, die verschiedene Solarzellmaterialien miteinander verbinden, um ihre unterschiedlichen Absorptionseigenschaften zu kombinieren», erklärt Suresh. Vorstellbar wären auch neue hocheffiziente LEDs und andere besonders leistungsstarke elektronische Geräte bis hin zu Quantensensoren.
Noch reine Machbarkeitsstudie
Im derzeitigen Stadium versteht sich die MIT-Methode allerdings noch als reine Machbarkeitsstudie. In ihrem Zentrum steht eine Materialeigenschaft, die als «Bandlücke» bezeichnet wird und gewissermassen die elektrische Leitfähigkeit eines Werkstoffs allgemein definiert. Ist die Bandlücke grösser als vier Elektronenvolt, spricht man von einem Nichtleiter. Bei Diamanten liegt der entsprechende Wert sogar bei 5,6.
«Wir haben herausgefunden, dass es möglich ist, die Bandlücke von Diamanten von 5,6 auf bis zu null Elektronenvolt zu reduzieren. Lässt sich dieser Wert kontrollieren, kann man die Leitfähigkeit beliebig steuern», fasst Suresh zusammen. Das bedeutet, dass man den Edelsteinen, die von Natur aus starke Isolatoren sind, je nach Wunsch unterschiedliche Leitfähigkeiten verpassen kann. «Man kann diese etwa wie bei Silizium gestalten, das vielfach als Halbleiter genutzt wird, oder wie bei Galliumnitrid, das bei LEDs eingesetzt wird», so Suresh. (pte/mc/ps)
