Diamantenfieber? Das war gestern. Forscher von der Universität North Carolina haben ein neues Material erzeugt, das härter ist als jeder Diamant: Q-Carbon nennen sie es. Leider nicht nach dem Gadget-Gott Q aus dem James-Bond-Klassiker. Der Zusatz Q kommt in diesem Fall von "quenching", dem schnellen Abschrecken oder Ablöschen einer chemischen Reaktion. 

Bisher waren zwei feste Formen von Kohlenstoff bekannt: Diamant und Grafit. Chemiker nennen diese Zustände eines Stoffes "Phasen". Das Besondere an der neuen dritten Form: Q-Kohlenstoff ist nicht nur besonders hart, er lässt sich auch relativ leicht und günstig herstellen.

Es glüht und ist magnetisch

"Der einzige Ort, an dem man diesen Stoff in der Natur finden könnte, wäre vielleicht der Kern einiger Planeten", sagte Jay Narayan, Leiter der Arbeitsgruppe, die den extrem harten Stoff schuf.

Das neue Q-Carbon ist nicht nur noch härter, sondern hat eine Reihe von Eigenschaften, die selbst seine Entdecker überrascht haben. Es ist zum Beispiel magnetisch. "Wir hätten nicht gedacht, dass so etwas möglich ist", sagte Narayan. Außerdem fange das Material schon bei geringster Energiezufuhr an zu glühen. Da Q-Kohlenstoff besonders leicht Elektronen frei lasse, sei es gut geeignet zur Entwicklung von Displays.

Auf Basis des neuen Materials lassen sich darüber hinaus neue Diamant-Strukturen herstellen, mit speziellen Eigenschaften für die Industrie, Medizintechnik und andere Anwendungen. Dieses Verfahren haben die Wissenschaftler jetzt in zwei Fachmagazin beschrieben, darunter APL Materials (Narayan/Bhaumik, 2015).

Zur Diamant-Herstellung beschichten die Materialforscher zuerst ein Substrat – etwa Saphir, Glas oder Plastik-Polymere – mit sogenanntem amorphen Kohlenstoff, der keine regelmäßige kristalline Struktur hat. Diese Schicht wird dann einmal für winzige 200 Nano-Sekunden mit einem Laser beschossen, wobei eine Temperatur von etwa 3.700 Grad Celsius entsteht. Danach wird die Schicht rasch abgekühlt. Am Ende dieses Prozesses kommt ein dünner Q-Kohlenstoff-Film heraus. Je nachdem, wie die Forscher die Parameter von Laser und Abkühlung verändern, entstehen diamantähnliche Strukturen mit unterschiedlichen Eigenschaften.

Günstige Klunker aus Q-Carbon?

Der Vorteil an dem neuen Verfahren: Es funktioniert bei Raumtemperatur und einem normalen Luftdruck. Diamanten wären damit also günstiger herstellbar.

Für die Halbleiterforschung und die industrielle Anwendung sei diese dritte Form von Kohlenstoff hoch interessant. Noch sei sie aber nicht weit genug entwickelt, sagte Materialforscher Narayan. Man experimentiere jetzt erst einmal damit. Herkömmliche Schichten aus Diamant könne man hingegen ganz gezielt für alle möglichen Nanotechnologien herstellen und verändern.

Und als Ring am Finger? Daran denken die Forscher bei Q-Kohlenstoff nicht. Wenn überhaupt wäre das Material spannend, nicht weil es funkelt, sondern weil es magnetisch ist. Womöglich würde damit ja im echten Leben funktionieren, was sich 007-Ausrüster Q im Kinoklassiker Diamantenfieber ausgedacht hat: Ein magnetischer Fingerring, der bei jedem "einarmigen Banditen" (altes Wort für Spielautomat) den Jackpot auslöst. Okay, das ist sehr weit hergeholt.