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Dehnen des Diamanten

27.01.2021

Zu sagen, dass Diamant nicht das elastischste Material der Welt ist, ist eine grobe Untertreibung. Während der Dehnungskoeffizient der elastischsten Materialien Hunderte von Prozent betragen kann, übersteigt dieser Wert bei Diamant, dem härtesten Material der Welt, 0.4 Prozent nicht. Einer Gruppe von Wissenschaftlern aus Hongkong gelang es jedoch, einen Weg zu finden, Diamanten in Nanogröße so stark zu dehnen, dass sich ihre elektronischen und optischen Eigenschaften radikal verändern. Dies kann wiederum als erster Schritt in die Welt der neuen "Diamant"-Geräte und -Geräte dienen.

Forscher der City University of Hong Kong haben herausgefunden, dass Diamant im Nanomaßstab eine höhere Elastizität aufweist als in der normalen Form dieses Materials. Und die ersten Experimente, die vor einigen Jahren durchgeführt wurden, dienten als experimentelle Bestätigung, dass nanoskalige Diamant-„Nadeln“ dem Aufprall standhielten, der eine elastische Verformung von bis zu 9 Prozent verursachte.

In neueren Forschungen sind Wissenschaftler noch einen Schritt weiter gegangen, indem sie Diamantrohlinge hergestellt haben, die in gewisser Weise wie eine Brücke mit einer Länge von 1000 Nanometern und einer Breite von 300 Nanometern geformt sind. Mit Hilfe einer speziellen Installation, deren Prinzip im zweiten der hier gezeigten Bilder demonstriert wird, wurde die Diamant-"Brücke" einem Aufprall ausgesetzt, der eine elastische Verformung des Diamanten verursachte. Wissenschaftler stellten fest, dass der Kristall bei einer Verformung des Diamanten um bis zu 7,5 Prozent vollständig in seine ursprüngliche Form und Größe zurückkehrt, nachdem der Aufprall entfernt wurde.

Darüber hinaus optimierten die Wissenschaftler die Form der Diamantobjekte und erzielten einen noch höheren zulässigen Verformungskoeffizienten des Diamanten, der 9.7 Prozent betrug und bereits sehr nahe an der theoretischen Elastizitätsgrenze dieses Materials liegt.

Diamantstreckexperimente wurden von Wissenschaftlern nicht aus reinem Interesse durchgeführt. Es ist seit langem bekannt, dass Verformungen durch mechanische Einflüsse einige Eigenschaften verschiedener Materialien radikal verändern. Und Diamant ist da keine Ausnahme, die Verformung verändert eine Reihe elektronischer und optischer Eigenschaften dieses Materials.

Änderungen der Eigenschaften bei Verformung können Diamant zu einem nützlichen Material für einige elektronische und optische Geräte machen. Die Verengung der Bandlücke bei einer Dehnung von 9 %, wie die Simulationsergebnisse zeigen, ermöglicht es einem Elektron, das über die Übergangsbarriere "gesprungen" ist, genug Energie zu sparen, um ein Lichtphoton zu emittieren, das zur Steigerung der Effizienz von verwendet werden kann einige optoelektronische Geräte.

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