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Ein 155-Karäter mit 92 mm Durchmesser

Der größte synthetische Diamant der Welt kommt aus Augsburg

„Sind die denn echt?“ Mit dieser Frage wird ein Diamantforscher immer wieder konfrontiert, wenn er mit Laien über seine Arbeit spricht. Natürlicher Diamant = „echter“ Diamant, synthetischer Diamant = „falscher“ Diamant – das ist eine weit verbreitete Vorstellung, die allerdings nichts zu tun hat mit der Realität des Physikers: Beim Vergleich der Kristallstrukturen stellt er eine vollständige Identität zwischen Naturdiamanten und im Labor gezüchteten Kristallen fest. Nur an charakteristischen atomaren Defekten, die beide besitzen, lässt sich natürlicher Ursprung oder synthetische Erzeugung noch feststellen.

 

Chemische Gasphasenabscheidung bei Unterdruck

Diamanten werden an der Universität Augsburg seit 1991 erforscht und synthetisiert. Primäres Ziel dieser Forschungen ist es, die verschiedenen physikalischen und chemischen Prozesse beim Kristallwachstum zu verstehen. Die Natur bringt gewaltige Drücke und Temperaturen auf, um Graphit in Diamant umzuwandeln. In den Augsburger Laboren hingegen wird mit chemischer Gasphasenabscheidung bei einem Unterdruck von einigen Zehntel Atmosphären gearbeitet. Unter spezifischen Prozessbedingungen lagern sich Kohlenwasserstoffmoleküle aus der Gasphase auf der Oberfläche ab und lassen so Schicht für Schicht Diamanten wachsen.

Vom unorientierten Kristall zum Einkristall

Was sich im ersten Moment einfach anhört, ist es auch - dann jedenfalls, wenn es nur darum geht, beliebige Schichten mit unorientierten Kristallen herzustellen. "Als wir unsere erste Anlage aufgebaut hatten und die Herstellerfirma zur Inbetriebnahme kam, lieferte bereits der erste Prozess eine flächendeckende Schicht aus ganz passablen Diamantkristalliten", berichtet Dr. Matthias Schreck, der die Diamant-Arbeitsgruppe am Augsburger Lehrstuhl für Experimentalphysik IV seit ihren Anfängen leitet. "Leider", so Schreck weiter, "passten damals die einzelnen Körner an ihren Grenzen noch nicht zusammen, und so war es nicht möglich, einen flächendeckenden Einkristall zu erhalten. Dem Ziel, dieses Problem zu lösen, haben wir uns in den darauf folgenden zweieinhalb Jahrzehnten dann komplett verschrieben."

Nachdem das Edelmetall Iridium als geeignetste Wachstumsunterlage identifiziert war und man ein effizientes Verfahrens zur Erzeugung orientierter Kristalle gefunden hatte, wurden Schritt für Schritt alle weiteren Herausforderungen angegangen, um dem Ziel einkristalliner Scheiben - der Wissenschaftler spricht von Wafern - näherzukommen. Die entscheidenden Fortschritte wurden dabei von Dr. Stefan Gsell und Dr. Martin Fischer erarbeitet. Beide haben zu dieser Thematik promoviert und treiben seit über zehn Jahren die Arbeiten voran, die jetzt zum entscheidenden Durchbruch führten.

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Redaktion: Dipl.-Ing. Fahima Fischer
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