Seit 60 Jahren umstritten: Dieses Material soll härter als Diamant sein

Diamant gilt als härtestes natürliches Material der Welt. Doch seit den 1960er-Jahren steht ein anderes Material im Raum, das ihn noch übertreffen könnte: Lonsdaleit. Nun berichtet ein chinesisches Forschungsteam, entscheidende Zweifel an dessen Existenz ausgeräumt zu haben.

Benannt wurde das Mineral nach der Kristallografin Kathleen Lonsdale. Erstmals beschrieben wurde es 1967 anhand von Meteoritenfragmenten aus dem Barringer-Krater in Arizona. Lonsdaleit entsteht unter extremem Druck – etwa bei Meteoriteneinschlägen.

Ähnlich wie Diamant – aber anders strukturiert

Wie Diamant besteht Lonsdaleit aus dicht gepacktem Kohlenstoff. Der Unterschied liegt in der Kristallstruktur: Während Diamant ein kubisches Gitter aufweist, besitzt Lonsdaleit eine sechseckige Struktur. Kohlenstoff neigt grundsätzlich zu sechseckigen Mustern, wie etwa im weichen Graphit. In dichter Packung kann diese Struktur jedoch zu einer höheren Härte führen.

Ob das Material tatsächlich existiert, war lange umstritten. Reale Proben erwiesen sich nicht eindeutig als härter als Diamant. Zudem konnten Röntgenuntersuchungen das charakteristische Kristallgitter nicht zweifelsfrei von einem Diamanten mit Strukturdefekten unterscheiden.

Extreme Bedingungen im Labor

Neue Studien hatten bereits im vergangenen Jahr Hinweise geliefert, dass Lonsdaleit existiert und möglicherweise härter ist als Diamant. Nun veröffentlicht ein chinesisches Team im Fachjournal "Nature" Ergebnisse von Röntgenanalysen, die sich nicht mehr allein durch Defekte im Diamantgitter erklären lassen.

Als Ausgangsmaterial diente pyrolytischer Graphit, eine künstlich hergestellte Form von Graphit. Dieser wurde unter einem Druck von 200.000 Atmosphären und Temperaturen zwischen 1.300 und 1.900 Grad Celsius komprimiert. Ziel war es, die Dichte von Diamant zu erreichen und gleichzeitig Teile der sechseckigen Struktur zu bewahren.

Dabei entstanden millimetergroße Fragmente, die untersucht werden konnten. In Tests zeigte sich das Material etwas härter, steifer und widerstandsfähiger gegen Sauerstoff als Diamant.

"Erste wirklich akkurate Charakterisierung"

Der Mineraloge Oliver Tschauner von der University of Nevada, einer der Gutachter der Studie, sieht darin einen entscheidenden Fortschritt. In einem begleitenden Beitrag von "Nature" erklärt er, warum ihn die Ergebnisse überzeugen.

Zwar könne ein Diamant mit zahlreichen Gitterdefekten ähnliche Röntgensignaturen liefern wie Lonsdaleit. Doch es gebe spezifische Muster, die eine Verwechslung ausschließen. Solche Signaturen seien nun erstmals eindeutig nachgewiesen worden. Für Tschauner ist das der entscheidende Punkt.

Er verweist zudem auf zwei Studien aus dem Vorjahr: Eine hatte ebenfalls Lonsdaleit beschrieben, eine andere eine höhere Härte gegenüber Diamant festgestellt. Die neue Arbeit sei jedoch deutlich überzeugender.

Noch nicht maximale Härte erreicht

Der im Labor erzeugte Lonsdaleit erreicht bislang nicht die theoretisch prognostizierte maximale Härte, übertrifft aber bereits Diamant. Laut Mao Ho-kwang vom chinesischen Physical Sciences Centre könnten geringe Verunreinigungen durch gewöhnlichen Diamant die Werte bislang gedrückt haben. Sollten diese eliminiert werden, könnte das Material noch härter werden.

Neue Impulse für Technik und Meteoritenforschung

Die Ergebnisse könnten technische Anwendungen ermöglichen, bei denen bislang Industriediamanten eingesetzt werden. Gleichzeitig ähneln die im Labor geschaffenen Bedingungen jenen bei Meteoriteneinschlägen.

Die Existenz von Lonsdaleit in natürlichen Meteoriten war zuletzt infrage gestellt worden. Tschauner hofft nun, dass die Suche nach dem Mineral in Meteoriten neuen Auftrieb erhält.

Für Shan Chongxin, Mitautor der Nature-Studie, sollten die neuen Daten ausreichen, um auch die letzten Skeptiker zu überzeugen.

(VOL.AT)