Isotopenverhouding synthetisch diamant nu op bestelling

Anderhalf jaar geleden maakten onderzoekers van General Electric Company bekend synthetische diamanten te kunnen maken met eigenschappen die beter waren dan die van iedere natuurlijke of synthetische diamant.

Het warmtegeleidingsvermogen bij kamertemperatuur was minstens 50 procent hoger (waardoor zij nog beter geschikt waren voor warmte-afvoer in elektronische componenten) en de nieuwe stenen waren een factor tien beter bestand tegen beschadingen door intens laserlicht. De oorzaak van deze gunstiger eigenschappen was het feit dat de superdiamanten op iedere duizend koolstof-12 atomen slechts één koolstof-13 atoom hadden. In natuurlijke diamant is die verhouding gemiddeld 100 op 1.

Dezelfde onderzoekers zijn vervolgens de andere kant uit gaan werken, door het aantal C-13 atomen relatief steeds groter te maken. Nu kunnen zij diamanten maken die vrijwel uitsluitend uit C-13 atomen bestaan. In feite kan de groep diamanten maken met iedere gewenste isotopensamenstelling: van vrijwel zuivere C-12 tot vrijwel zuivere C-13 edelstenen. Hierdoor is het ook mogelijk geworden om, door het gecontroleerd veranderen van de isotopensamenstelling, diamanten te gebruiken als hulpmiddel bij het onderzoek naar de fundamentele fysica in materialen.

Op theoretische gronden was voorspeld (en was al waargenomen in andere kristallen) dat bij het toenemen van het C-13 gehalte de onderlinge afstand tussen de koolstofatomen in diamant iets afneemt. Onderzoekers van General Electric Company en van de Ford Motor Company hebben dit effect nu voor het eerst experimenteel bevestigd. Volgens de bij Ford verrichtte röntgenmetingen zitten de atomen in een zuivere C-13 diamant ongeveer 0,015% dichter bij elkaar dan in een C-12 diamant. In feite is C-13 diamant een stof die per volume-eenheid meer atomen bevat dan welke andere stof ter wereld dan ook. Dit resulteert misschien in een nog grotere hardheid dan gewone diamant, of in een andere fysische verbetering, maar dat moet nog worden onderzocht (Physical Review B 44, p. 7123).

Bij het maken van diamant met precies de gewenste isotopensamenstelling gaat men uit van methaangas dat verrijkt is met C-12 of C-13 atomen. Uit dit gekozen isotopenmengsel worden dan met behulp van de techniek van de zogeheten chemische damp-depositie (CVD) minuscule diamantkorrels op een ondergrond afgezet. Deze korreltjes vormen vervolgens het "voedsel' voor het laten aangroeien van een "diamantkiem' in een metaalbad, bij een temperatuur van ongeveer 1500 graden en een druk van meer dan 50.000 atmosfeer. Dit is een zeer tijdrovend en kostbaar proces. Men hoopt echter dat het in de toekomst ookmogelijk zal worden om grote stenen te maken via de techniek die nu wordt toegepast bij het onder normale druk laten "groeien' van diamantfilms.