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Grundlagenforschung an der UA Ruhr

Diamantforschung für Quantencomputer und Mini-Sensoren

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Close-up of a metallic machine that glows green. © Nikolas Golsch
Die Wissenschaftler an der TU Dortmund haben ein neues Experiment aufgebaut, mit dem sie Fehlstellen in Diamanten untersuchen können.
Wissenschaftler der TU Dortmund, Ruhr-Universität Bochum und Universität Duisburg-Essen platzieren absichtlich Fehlstellen in hochreinen Diamanten und untersuchen diese. Damit schaffen sie Grundlagen für Quantencomputertechnik und winzige Sensoren. Die Ergebnisse wurden nun im renommierten Fachmagazin „Physical Review Materials“ veröffentlicht.

„Diamonds are a girl’s best friend“: Die wertvollen Edelsteine sind in Ringen oder Ohrsteckern äußerst beliebt. Doch auch für die Wissenschaft sind die Kristalle von Interesse, wenngleich diese Diamanten den geschliffenen Schmucksteinen wenig ähneln. Das atomare Gitter, aus dem ein Diamant besteht, ist gar nicht so perfekt, wie man es erwarten würde. Oft sind Verunreinigungen und Fehler in der Struktur zu finden. Gerade diese Fehler sind für eine Forschungsgruppe der UA Ruhr interessant, und zwar eine bestimmte Art, nämlich die sogenannten NV-Zentren. Dabei steht das N für Stickstoff und das V für „vacancy“, also „Leerstelle“. NV-Zentren gibt es auch in der Natur. Man kann sie jedoch auch künstlich erzeugen, indem ein Stickstoffatom in ein Diamant-Kristallgitter geschossen wird, das üblicherweise aus Kohlenstoff besteht. Dadurch werden zwei Kohlenstoffatome herausgestoßen, das Stickstoffatom setzt sich an eine Stelle, die Nachbarstelle bleibt leer.

Arbeitsteilung innerhalb der Universitätsallianz Ruhr

Die Forschung ist ein vom Mercator Research Center Ruhr (MERCUR) gefördertes Kooperationsprojekt der drei Universitäten der Universitätsallianz Ruhr: Die Kollegen an der Universität Duisburg-Essen stellen die Diamanten her, indem sie ein ionisiertes Molekülgemisch auf einem Substrat abscheiden. Auf dieser Unterlage wächst der Diamant also Schicht um Schicht. Die Forscher haben dabei gelernt, wie die Diamantschichten am besten aufgebaut werden und welche Wachstumsparameter dafür optimal sind.