Wer edelt wenn: Diamant Plastik oder Plastik Diamant?

Die Wissenschaft kennt keine Grenzen, wenn es darum geht, neue Materialien herzustellen. Forscher haben jüngst eine ganz besonders edle Werkstoffverbindung geschaffen und gefeiert: den Bund für die Ewigkeit von Diamant und Plastik unter Laserlicht.

Einem Team aus Forschern der Berliner Humboldt-Universität und dem Karlsruher Institut für Technologie ist es gelungen, mit einem sehr einfachen Verfahren stabile Quellen für einzelne Lichtquanten herzustellen. Hierfür wählten die Forscher einen ungewöhnlichen Hybridansatz: sie kombinierten zwei von Grund auf verschiedenen kohlenstoffhaltige Materialien, namentlich waren das Diamantsplitter und Plastik.

Diamant enthält neben Kohlenstoff auch andere Atome als natürliche Verunreinigungen. Diese Fremdatome sind als so genannte Farbzentren für die gelbliche oder bläuliche Färbung natürlicher Diamanten verantwortlich. Wegen ihrer geringen Größe von nur einigen wenigen Millionstel Millimetern enthielten die Diamantsplitter bisweilen nur jeweils ein einzelnes Farbzentrum. Mit Hilfe von Laserlicht wurde das Farbzentrum angeregt; die hierbei aufgenommene Energie wurde schließlich emittiert, also wieder abgegeben, in Form einzelner Lichtquanten (Photonen).

Die Forscher vermischten nun die Diamantsplitter mit einem speziellen Photolack. Durch Bestrahlung der Lackschicht mit einem fokussierten Laserstrahl konnte der Lack lokal polymerisiert, d.h. in Plastik umgewandelt, werden. Auf diese Weise können nahezu beliebige dreidimensionale Strukturen gestaltet werden, die einzelne Diamamtsplitter mit einzelnen Farbzentren als Quantenlichtquellen enthalten.

Die Wissenschaftler konzentrierten sich zunächst auf optische Wellenleiter und Resonatoren, mit denen dann die von den Farbzentren abgegebenen Photonen mit hoher Effizienz eingesammelt und weitergeleitet wurden.

Ein großer Vorteil des neuen hybriden Materialsystems ist zum einen die gut etablierte und sehr preiswerte Herstellungsmethode und zum anderen die unbegrenzte Stabilität der Photonenemission auch bei Zimmertemperatur.

Die Wissenschaftler arbeiten nun daran, die neuen Strukturen mit anderen optischen Instrumenten zu kombinieren. Auf diese Weise ließen sich zahlreiche Anwendungen im Bereich der hochauflösenden Mikroskopie, der optischen Sensorik oder auch der Quanteninformationsverarbeitung verlässlich und kostengünstig realisieren. GD

Weitere Informationen:
A. W. Schell, J. Kaschke, J. Fischer, R. Henze, J. Wolters, M. Wegener, O. Benson, Scientific Reports 3:1577, 1-5 (2013)