Durchbruch: Stickstoff in Diamanten verursacht messbare Energieverluste bei Eistemperaturen

Durchbruch: Stickstoff in Diamanten verursacht messbare Energieverluste bei Eistemperaturen

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 präzise zu messen. Dabei zeigte sich ein direkter Zusammenhang zwischen dem Stickstoffgehalt und der Materialqualität – ein entscheidender Fortschritt für Anwendungen in der Sensorik und Kernfusion.

Veröffentlichungsdatum 4. Dezember 2025, 23:57 Uhr MEZ

Schlagwörter Forschung, Technologie, Anwendung, Wissenschaft, Analyse, Eigenschaften, Innovation, Finanzen, Investitionen, Immobilien

Artikel Wissenschaftlern ist ein entscheidender Durchbruch gelungen: Sie haben Energieverluste in Diamantkristallen bei ultratiefen Temperaturen präzise gemessen. Die von Francesco Mazzocchi, Martin Neidig und Hideaki Yamada geleitete Studie überwindet eine zentrale Hürde bei der Entwicklung von Materialien für Quanten-Sensoren und Fusionsreaktoren. Ihre Methode zeigt, wie Stickstoffdefekte dielektrische Verluste verursachen – ein Faktor, der die Leistung fortschrittlicher Technologien begrenzen kann.

Das Team nutzte supraleitende Mikroresonatoren, um dielektrische Verluste in Diamantproben mit hoher Genauigkeit zu analysieren. Durch Kühlung auf Temperaturen unter einem Kelvin erreichten sie eine außergewöhnliche Empfindlichkeit und deckten auf, wie Stickstoff-Fehlstellen (NV-Zentren) die Energiedissipation beeinflussen. Die Probe J-Clone, ein Einkristall-Diamant, wies mit etwa 7,31 × 10⁻⁶ den niedrigsten Verlustwert auf.

Einkristalline Diamanten zeigten dabei deutlich geringere Verluste als polykristalline Varianten. Die 2012 in Physical Review Letters veröffentlichte Studie, an der auch Forscher wie Marcus W. Doherty und Jörg Wrachtrup mitwirkten, bestätigte: Ein höherer Stickstoffgehalt erhöht die dielektrischen Verluste direkt – mit Auswirkungen auf die Kohärenzzeiten in Quantengeräten.

Die Ergebnisse liefern ein klareres Bild davon, wie die Materialqualität die Leistung beeinflusst. Supraleitende Dünnschichtresonatoren ermöglichten präzise Messungen und bieten eine zuverlässige Methode zur Bewertung von Diamantsubstraten für zukünftige Anwendungen.

Die Studie belegt einen eindeutigen Zusammenhang zwischen Stickstoffkonzentration und dielektrischen Verlusten in Diamanten. Die Erkenntnisse werden die Materialauswahl für Hochleistungs-Quantensensoren und Fusionsreaktoren optimieren. Die hohe Empfindlichkeit der Methode eröffnet zudem neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Komponenten mit extrem niedrigen Verlusten in Spitzentechnologien.