Diamanten als Schlüsseltechnologie: Neue Möglichkeiten durch Quanteninnovation
Vor etwa 80 Jahren prägte die Firma "De Beers" ihren berühmten Slogan: "Diamanten für die Ewigkeit".
Heute erhält dieser Satz eine neue Dimension, da Diamanten sich von einem Symbol für Schönheit und Härte zu einem wissenschaftlichen Werkzeug wandeln, das potenziell unser Leben revolutionieren könnte.
Wissenschaftler haben herausgefunden, dass das Einfügen von "Fehlern" in die perfekte kristalline Struktur von Diamanten sie in hochempfindliche Sensoren verwandelt, die physikalische Phänomene auf atomarer Ebene erfassen können. Dazu gehören das Lesen von Gehirnwellen, satellitenfreie Navigation und die schnelle Diagnose von Krankheiten.
Diese Entwicklungen fallen in den Bereich der "zweiten Quantentechnologie-Revolution", die als neue Phase nach einem Jahrhundert der Quantenmechanik angesehen wird, die von dem deutschen Physiker Werner Heisenberg begründet wurde.
Während die erste Revolution die Welt der Elektronik und Laser veränderte, konzentriert sich die zweite auf die präzise Kontrolle quantenmechanischer Phänomene, was enorme Anwendungen in den Bereichen Computing, Verschlüsselung und Sensorik eröffnet.
Ironischerweise geschieht diese wissenschaftliche Revolution inmitten eines Marktrückgangs für natürliche Diamanten seit der Corona-Pandemie, da die Verkäufe zugunsten günstiger synthetischer Steine aus China zurückgehen.
Die Geschichte dieser Entwicklung begann vor 20 Jahren mit der Entdeckung eines natürlichen rosa Diamanten in Sibirien, der als "das russische Wunder" bekannt ist, da er in der Lage ist, seinen quantenmechanischen Zustand bei Raumtemperatur zu bewahren.
Nach anfänglichen Schwierigkeiten, ähnliche Steine zu finden, gelang es Wissenschaftlern, Quanten-Diamanten im Labor zu synthetisieren, indem sie "Stickstoff-Vakuumzentren" einführten, bei denen zwei Kohlenstoffatome durch ein Stickstoffatom und ein Vakuum ersetzt werden.
Diese Zentren funktionieren wie ein präziser Kompass, der magnetische Veränderungen wahrnimmt, da das Elektron seinen quantenmechanischen Zustand entsprechend den umgebenden Feldern anpasst. Dadurch kann der Diamant sehr feine Veränderungen erkennen, selbst die Bewegung eines Fahrzeugs in 100 Metern Entfernung und hinter dicken Wänden.
* Potenzielle Anwendungen sind bemerkenswert:
• Luftnavigation ohne GPS durch die Erstellung einer magnetischen Karte der Erde, um Störungen durch Satelliten zu vermeiden.
• Geologische Erkundung zur Identifizierung von Mineralien durch das Erfassen magnetischer Veränderungen.
• Medizin, wo Quanten-Sensoren das traditionelle Elektrokardiogramm ersetzen und Viren wie Corona und HIV in frühen Stadien mit einer Sensitivität entdecken können, die tausendmal höher ist als bei Schnelltests, laut einer aktuellen Studie in Nature Communications.
• Gehirn-Maschine-Schnittstellen, bei denen Geräte durch Gedanken gesteuert werden können, in einem Markt, der auf 5 Milliarden Dollar geschätzt wird.
Trotz dieser Fortschritte bestehen weiterhin Herausforderungen, insbesondere die Integration von Diamanten in silikonbasierte Elektroniksysteme.
Weltweit konkurrieren Unternehmen wie Element Six, das australische Quantum Brilliance und die deutschen Quantum Diamonds um die Entwicklung dieser Technologie, während Experten der Meinung sind, dass das nächste Jahrzehnt entscheiden wird, ob Diamanten lediglich Schmuckstücke bleiben oder zum Grundpfeiler einer neuen wissenschaftlichen Revolution avancieren.
