Der Empfänger dieses Radios ist gerade mal zwei Atome gross, hält Temperaturen von 350 Grad Celsius aus und funktioniert selbst im All oder in einem eingesetzten Herzschrittmacher: Wissenschaftler der amerikanischen Harvard University haben aus rosafarbenem Diamant den kleinsten Radioempfänger der Welt gebaut.
Die Forscher machten sich dabei eine Verunreinigung im Kristallgitter der Diamanten zunutze. Indem sie ein Kohlenstoff-Atom im Kohlenstoffgitter des Diamanten durch ein Stickstoff-Atom austauschten und ein benachbartes Atom entfernten, konstruierten die Wisschenschaftler ein so genanntes Stickstoff-Fehlstellen-Zentrum, abgekürzt NV-Zentrum (englisch nitrogen-vacancy).
Ein Magnetfeld ermöglicht die Senderwahl
Die Elektronen an dieser Doppelfehlstelle werden sensibel für elektromagnetische Felder, darunter auch Radiowellen. Diese werden konvertiert in Photonen roten Lichts und abgestrahlt. Eine einfache Photodiode verwandelt das optische Signal in Strom, der wiederum wie beim normalen Radio von Lautsprechern in Ton umgewandelt wird.
Mit Hilfe eines am Diamant angelegten Magnetfelds kann die Empfangsfrequenz dann über eine Bandbreite von 300 Megahertz eingestellt werden, so dass sogar verschiedene Radiosender angesteuert werden können. Selbst eine einzige Doppelfehlstelle konnte im Test einen Song empfangen und an den Lautsprecher übertragen. Koppelt man mehrere Atomradios zusammen, verstärkt sich das Signal.
Musik bei 350 Grad Celsius
Das Diamantradio aus Harvard ist nicht nur winzig klein, sondern nebenbei auch noch extrem robust. Die Forscher konnten nach eigenen Angaben selbst bei 350 Grad Celsius noch Musik abspielen. Und auch das Vakuum des Weltraums oder Wasser schaden dem winzigen Empfänger nicht. Diamanten hätten einzigartige Eigenschaften und seien sogar biologisch verträglich, erklärt Koautor Marko Loncar von der Harvard University.
Die besonderen Eigenschaften von Diamanten könnten auch in anderen Bereichen zum Einsatz kommen. Längst arbeiten Wissenschaftler etwa daran, Diamanten als Sensoren oder sogar Datenspeicher für Quantencomputer zu nutzen.
Atommüll als Antrieb
Britische Forscher entwickelten erst vor kurzem einen künstlichen Diamanten, der dank radioaktiver Strahlung über mehrere Tausend Jahre lang Strom produziert. Für die Superbatterie nutzten die Forscher britischen Atommüll. Sie lösten das radioaktive Kohlenstoffisotop C-14 aus den Graphitabfällen heraus und banden es in einen künstlichen Diamanten ein. Diamanten bestehen aus reinem Kohlenstoff und erzeugen eine Spannung, wenn sie radioaktivem Material ausgesetzt sind.
Die Halbwertzeit von C-14 beträgt 5.730 Jahre – erst dann würde die Leistung der Batterie also auf die Hälfte sinken. Auch die Radioaktivität stellt kein Problem dar, da lediglich Betastrahlung erzeugt wird, die mit Hilfe einer Extra-Schicht aus Diamant leicht abzuschirmen ist.
Einsatz in Drohnen und Satelliten
Eine Diamantbatterie, die 1 g Kohlenstoff-14 enthält, kann pro Tag 15 Joule Energie liefern. Dies ist weniger als eine AA-Batterie. Doch nach Angaben der Wissenschaftler könnten die Batteriediamanten langfristig in Geräten wie Herzschrittmachern, Satelliten oder Drohnen zum Einsatz kommen, die über lange Zeit Strom benötigen.
(tsch)