Eine Wissenschaftlergruppe in den Vereinigten Staaten hat herausgefunden, dass winzige Diamantkristalle mit Durchmessern von nur wenigen Nanometern wahrscheinlich von Kohlenstoffhüllen umgeben sind, die der Form eines Fußballs ähneln. Die Käfige bestehen aus regelmäßigen Anordnungen von Fünf- und Sechsecken und sind mit den schon seit mehreren Jahren bekannten Fullerenen verwandt. Erste Röntgenuntersuchungen von Nanodiamanten scheinen diese Theorie zu unterstützen. Darüber berichtet das Fachmagazin Physical Review Letters.
Die Wissenschaftler des Lawrence Livermore Nationallaboratoriums um Jean-Yves Raty untersuchten in ihrer Studie mittels Computersimulationen die Kristallstruktur von kleinen Diamantkristallen, die aus nur wenigen Dutzend Kohlenstoffatomen bestehen. In derart kleinen Kristallen machen die Oberflächenatome einen erheblichen Bruchteil der Gesamtzahl der Kohlenstoffatome aus. Die Oberfläche der Nanodiamanten ist daher nicht einfach ein Schnitt durch ein herkömmliches Diamantgitter, vielmehr ordnen sich die Oberflächenatome in einem Kohlenstoffkäfig aus Fünf- und Sechsecken um den Kern des Nanodiamanten an.
Um die Ergebnisse ihrer Computersimulationen zu bekräftigen, untersuchten die Forscher anschließend mittels Röntgenstrahlen die Kristallstruktur von Nanodiamanten, die bei der Explosion einer kleinen Menge des Sprengstoffs TNT erzeugt wurden. Bei einem derartigen Experiment wird das von den Kristallen gestreute Muster der Röntgenstrahlen bestimmt, und mit Hilfe einer in der Mathematik als Fourier-Transformation bezeichneten Methode kann so der geometrische Aufbau der Kristalle untersucht werden. Die in dem Experiment ermittelten Streumuster lassen sich in der Tat mit Kohlenstoffkäfigen erklären ? einige Experten deuteten allerdings nach der Veröffentlichung dieser Arbeit an, dass möglicherweise auch andere Kristallstrukturen ein derartiges Beugungsmuster ergeben könnten.
In Käfigen eingeschlossene Nanodiamanten versprechen eine Fülle von interessanten elektronischen und optischen Eigenschaften. Erste Untersuchungen der elektronischen Struktur der Nanodiamanten haben nämlich ergeben, dass diese weitestgehend unabhängig von der Größe der Kristalle Licht einer genau bestimmten Wellenlänge aussenden können. Kristalle aus herkömmlichen Halbleitern hingegen zeigen gewöhnlich eine drastische Änderung in der Farbe des von ihnen ausgesandten Lichts, wenn ihr Durchmesser im Bereich von nur wenigen Nanometern variiert wird.
Stefan Maier
