de.wedoany.com-Bericht: Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Yingke Wu und Prof. Tanja Weil vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung hat eine neue bottom-up-Synthese von Nanodiamanten entwickelt, die aus molekular präzise definierten Nanographen-Bausteinen direkt hochkristalline, diamantartige Nanostrukturen aufbaut.
Nanodiamanten sind winzige Diamantpartikel mit einer Größe von nur wenigen Nanometern. Aufgrund ihrer chemischen Stabilität und der Fähigkeit, optisch aktive Defekte (sogenannte Farbzentren) zu beherbergen, gelten sie als vielversprechende Materialien für Quantentechnologien, Sensorik und biomedizinische Forschung. Bisher war es jedoch schwierig, Nanodiamanten mit einheitlicher Größe, hoher Reinheit und gewünschten optischen Eigenschaften zuverlässig herzustellen.
Die neue Methode verzichtet auf das traditionelle Zerkleinern größerer Diamanten und wandelt stattdessen planare Kohlenstoffmoleküle unter hohem Druck und hohen Temperaturen direkt um. Der entscheidende Vorteil dieser bottom-up-Route liegt in der Kontrollierbarkeit auf molekularer Ebene: Da Struktur, Größe und Zusammensetzung der Ausgangsmoleküle präzise festgelegt werden können, lassen sich die Eigenschaften der resultierenden Nanodiamanten leichter steuern. Dem Team gelang die Herstellung extrem kleiner und gleichmäßiger Nanodiamanten mit einer Größe von etwa 3 bis 4 Nanometern.
Besonders wichtig ist, dass optisch aktive Farbzentren während des Syntheseprozesses direkt in das Diamantgitter integriert werden können. Durch geeignete molekulare Vorläufer können Silizium- und Germanium-basierte Emitter erzeugt werden, ohne dass nachträgliche Ionenimplantation, Bestrahlung oder andere Behandlungsschritte erforderlich sind. Die direkte einstufige Synthese liefert fluoreszierende Nanodiamanten mit maßgeschneiderten optischen Eigenschaften.
„Wir glauben, dass diese Plattform eine skalierbare Grundlage für die Entwicklung von Quantensensoren, integrierten Photonenemittern und programmierbaren diamantbasierten Nanomaterialien bietet", sagt Prof. Tanja Weil.
Diese neuartigen molekularen Nanodiamanten eröffnen Perspektiven für Quantentechnologieanwendungen, beispielsweise als stabile Einzelphotonenquellen oder nanoskalige Sensoren. Langfristig könnten sie auch als robuste optische Reporter dienen, um Prozesse in Zellen oder anderen biologischen Umgebungen auf kleinster Ebene sichtbar zu machen. Die Forschungsergebnisse des internationalen Teams wurden in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
An der Studie beteiligte Einrichtungen sind das Deutsche Elektronen-Synchrotron (DESY), die Goethe-Universität Frankfurt, die Johannes Gutenberg-Universität Mainz, das Leibniz-Institut für Neue Materialien, das Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, das Max-Planck-Institut für Polymerforschung, die University of Cambridge, die Universität des Saarlandes, die Universität Göttingen und die Universität Ulm.
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