Neue Methode misst Energieverluste in Diamanten bei extrem tiefer **Temperatur**
Wenzel Weinhold
Neue Methode misst Energieverluste in Diamanten bei extrem tiefer **Temperatur**
Durch Stickstoff in Diamanten verursachte TLS-Verluste mit supraleitenden Mikroresonatoren für Hochleistungsanwendungen präzise bestimmt
Zusammenfassung Wissenschaftler haben eine Methode mit supraleitenden Mikroresonatoren entwickelt, um Energieverluste in Diamantkristallen bei extrem tiefen Temperaturen hochpräzise zu messen. Dabei zeigte sich ein direkter Zusammenhang zwischen Stickstoffgehalt und Materialqualität – ein entscheidender Fortschritt für Anwendungen in der Quantensensorik und Fusionsforschung.
4. Dezember 2025, 23:57 Uhr
Ein internationales Forscherteam hat ein neues Verfahren zur hochgenauen Messung von Energieverlusten in Diamantkristallen entwickelt. Mit Hilfe supraleitender Mikroresonatoren analysierten sie dielektrische Verluste bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt. Die Ergebnisse könnten die Materialentwicklung für Quantensensoren und Kernfusionsreaktoren deutlich verbessern.
Die von Francesco Mazzocchi, Martin Neidig und Hideaki Yamada geleitete Studie untersuchte, wie Stickstoff-Fehlstellen-Zentren (NV-Zentren) die Qualität von Diamanten beeinflussen. Durch Tests an sowohl polykristallinen als auch einkristallinen Proben stellten die Forscher fest, dass höhere Stickstoffkonzentrationen zu stärkeren dielektrischen Verlusten führen. Die als Einkristall gezüchtete Probe „Clone“ wies mit etwa 7,31 × 10⁻⁶ die geringsten Verluste auf – bedingt durch das Fehlen von Korngrenzen, die Streuungen verursachen.
Die Wissenschaftler nutzten supraleitende konzentrierte Mikroresonatoren, um selbst minimale Energieverluste bei Temperaturen unter einem Kelvin nachzuweisen. Diese Methode ermöglichte es, die Dichte der NV-Defekte und deren Auswirkungen auf die Kohärenzzeiten mit bisher unerreichter Empfindlichkeit zu messen. Zudem wurde ein klarer Zusammenhang zwischen Stickstoffgehalt und Materialleistung aufgezeigt, was eine gezielte Anpassung der Diamanteigenschaften für spezifische Anwendungen erlaubt.
An dem Projekt waren mehrere renommierte Einrichtungen beteiligt, darunter die University of Warwick, die Russische Akademie der Wissenschaften, die University of California in Santa Barbara sowie das Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts. Zu den wichtigsten Mitwirkenden zählten M. L. Gorodetsky, I. J. Luxmoore und A. V. Akimov.
Der Durchbruch bietet eine zuverlässige Methode zur Bewertung und Reduzierung von Defekten im Diamantwachstum. Durch die Kontrolle des Stickstoffgehalts können Hersteller nun hochwertigere Kristalle für Spitzenanwendungen produzieren. Die extreme Empfindlichkeit des Verfahrens bei ultratiefen Temperaturen eröffnet zudem neue Perspektiven für die Entwicklung von Quantenbauelementen.
