Molekulare Nanodiamanten aus Nanographen synthetisiert

Einem internationalen Team um J. Liang von der Universität Wien ist ein bedeutender Durchbruch in der Nanotechnologie gelungen: die bottom-up Synthese von molekularen Nanodiamanten aus Nanographen. Die Ergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Die Forscher nutzten wohldefinierte, wasserstoffterminierte Nanographene als chemisch begrenzte Vorläufer für die Hochdruck-Hochtemperatur-Synthese. Das Ergebnis sind ultra-kleine (3–4 nm), monodisperse und hochkristalline molekulare Nanodiamanten (m-NDs) mit nur einer einzigen sp²-Oberflächenrekonstruktion – hergestellt im Milligramm-Maßstab.

Der entscheidende Vorteil: Die gleiche Plattform ermöglicht eine Zwei-Komponenten-Strategie zum Einbau von Silizium- und Germanium-basierten Farbzentren während der Synthese. So entstehen SiV⁻- und GeV⁻-Emitter ohne Ionenimplantation, Bestrahlung oder Nachbehandlung – ein massiver Fortschritt gegenüber bisherigen Methoden.

„Weil der Nanographen-Vorläufer sowohl das begrenzte Kohlenstoffgerüst als auch den Wasserstoffgehalt definiert, bietet dieser Ansatz eine intrinsische Kontrolle auf Vorläuferebene über Nanodiamantgröße und -zusammensetzung“, erklären die Autoren. Dies sei besonders relevant für den niedrigen Nanometerbereich, der für biologische und Quantensensorik entscheidend ist.

Nanodiamanten mit Farbzentren gelten als vielversprechende Bausteine für Quantentechnologien – von Quantencomputern über NMR-Spektroskopie bis hin zu Einzelphotonenquellen. Bisher scheiterte die kontrollierte Synthese an der Heterogenität der Materialien. Die neue Methode etabliert einen skalierbaren und modularen Weg zu hochwertigen molekularen und fluoreszierenden Nanodiamanten.

Die Arbeit zeigt, dass molekulare Nanographene – ultragroße polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe – ein allgemeines Designprinzip für maßgeschneiderte Quantenmaterialien und nanoskalige Geräte bieten. Für Entscheider in Forschung, Entwicklung und Technologiepolitik bedeutet dies: Ein neues Werkzeug für die Quantenrevolution ist greifbar nah.