Magnetisierte Diamanten

Reiner Kohlenstoff – ob in Graphit oder Diamanten – reagiert nicht auf Magnetfelder. Nun fanden Wissenschaftler allerdings einen Weg, mikroskopisch kleine Diamanten dennoch in einem Magnetfeld auszurichten. Verantwortlich dafür sind winzige Verunreinigungen, wie die Forscher in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ berichten. So könnten die kleinen Diamanten in Zukunft möglicherweise als Magnetsensoren in der Medizin oder für bessere Kernspinaufnahmen dienen.

In ihren Experimenten nutzten Gabriel Hétet von der Sorbonne Universität in Paris und seine Kollegen winzige Diamanten, die neben reinen Kohlenstoffatomen auch sogenannte Fehlstellen – also vereinzelte Stickstoffatome sowie Lücken in der sonst regelmäßigen Kristallstruktur – enthielten. Diese künstlich hergestellten Nanodiamanten hielten die Forscher zunächst mit einem elektrischen Feld in der Schwebe und setzten sie dann Laserimpulsen und einem Magnetfeld aus. Dabei zeigte sich, dass sich die verunreinigten Diamanten, anders als Diamanten aus reinem Kohlenstoff, im magnetischen Feld ausrichteten.

Bei Magnetfeldstärken von bis zu 100 Millitesla – das entspricht etwa dem 2500-Fachen des Erdmagnetfelds – wurden die Nanodiamanten etwas angezogen und richteten sich grob an den Magnetfeldlinien aus. Ab 103 Millitesla jedoch änderten sich die magnetischen Eigenschaften. Nun richteten sich die Nanodiamanten so aus, dass die Fehlstellen exakt den Magnetfeldlinien wie eine Kompassnadel folgten – man spricht von einem diamagnetischen Verhalten.

Laut den Wissenschaftlern liegt die Ursache für dieses Verhalten in den Elektronen der Fehlstelle. Denn sowohl die Laserpulse als auch die Magnetfelder veränderten den Eigendrehimpuls der Elektronen. Dieser sogenannte Spin wirkt wie eine winzige Magnetnadel, die sich daraufhin entlang des Magnetfelds ausrichtete und damit auch die Position des gesamten Nanodiamanten beeinflusste.

Dank dieser kontrollierten Veränderung der Spineigenschaften könnten Nanodiamanten mit Fehlstellen sogar einige Anwendungen nach sich ziehen. Die Forscher schlagen etwa hochempfindliche Magnetsensoren in der Medizintechnik vor. Auch der Kontrast von Kernspinaufnahmen könnte sich mit solchen Nanodiamanten steigern lassen.