Chinesische Forscher synthetisieren reinen hexagonalen Diamanten (Lonsdaleit) und bestätigen dessen überlegene Härte

Eine Gruppe chinesischer Wissenschaftler unter der Leitung des Physikers Chunxing Shan von der Universität Zhengzhou hat einen bedeutenden Durchbruch in der Materialforschung erzielt. Dem Team gelang die Synthese von massiven und hochreinen Proben des hexagonalen Diamanten, der in Fachkreisen als Lonsdaleit bekannt ist. Die im März 2026 veröffentlichten Ergebnisse markieren den Höhepunkt langjähriger wissenschaftlicher Bestrebungen, die geheimnisvolle Natur dieses speziellen Kohlenstoff-Allotrops zu entschlüsseln.

Um die millimetergroßen Proben des reinen hexagonalen Diamanten (HD) zu erzeugen, setzten die Forscher hochgeordneten Graphit über einen Zeitraum von zehn Stunden extremen physikalischen Bedingungen aus. Der Prozess erforderte einen Druck von 20 Gigapascal, was etwa dem 200.000-fachen des atmosphärischen Erddrucks entspricht, bei Temperaturen zwischen 1300 und 1900 Grad Celsius. Interessanterweise stellten die Wissenschaftler fest, dass eine weitere Erhöhung von Hitze und Druck zu einer irreversiblen Rückverwandlung des Lonsdaleits in herkömmlichen kubischen Diamanten führte, was wertvolle neue Erkenntnisse über die Phasenübergänge von Kohlenstoff lieferte.

Die experimentellen Daten bestätigten eindrucksvoll die Überlegenheit des neuartigen Materials gegenüber herkömmlichen Diamanten. Die gemessene Vickers-Härte des synthetisierten Lonsdaleits lag bei etwa 114 GPa und übertraf damit den Wert des natürlichen kubischen Diamanten, der bei circa 110 GPa liegt. Diese empirischen Befunde decken sich mit theoretischen Berechnungsmodellen, die vorhersagten, dass hexagonal strukturierter Diamant bis zu 58 % härter als die kubische Variante (KD) sein könnte. Die erfolgreiche Synthese durch Forscher der Jilin-Universität und der Sun-Yat-sen-Universität beendet zudem eine langjährige wissenschaftliche Debatte darüber, ob Lonsdaleit ein eigenständiges Mineral oder lediglich eine defekte Form des kubischen Diamanten darstellt.

Historisch gesehen wurde Lonsdaleit, benannt zu Ehren der renommierten Kristallographin Kathleen Lonsdale, erstmals im Jahr 1967 in Meteoriten wie dem berühmten Canyon Diablo nachgewiesen. Die Reinheit dieser natürlichen Funde war jedoch aufgrund von Einschlüssen von Graphit und kubischem Diamant stets umstritten. Strukturell zeichnet sich Lonsdaleit durch ein hexagonales Gitter aus (2H-Typ mit einer ABAB-Schichtfolge), während der kubische Diamant eine dreischichtige Struktur (3C-Typ) aufweist. Während frühere Experimente bei niedrigerem Druck (7 bis 13 GPa) lediglich Schichten im Angström-Bereich hervorbrachten, gelang dem Team um Chunxing Shan die Herstellung von Proben im Millimeterbereich, was für präzise physikalische Messungen von entscheidender Bedeutung ist.

Dieser wissenschaftliche Erfolg hat unmittelbare technologische Auswirkungen für verschiedene Industriezweige. Die nun bestätigte extreme Härte sowie eine verbesserte Oxidationsbeständigkeit ebnen den Weg für vielfältige praktische Anwendungen des Lonsdaleits. Zu den potenziellen Einsatzgebieten gehören die Entwicklung langlebigerer Schleifbeschichtungen, hochleistungsfähiger Schneid- und Bohrwerkzeuge sowie effizienter Wärmeableitungssysteme in der Hochleistungselektronik.

In einem nächsten Schritt werden sich die Forschungsbemühungen darauf konzentrieren, die Produktionsprozesse zu skalieren, um diesen ultraharten Werkstoff für industrielle Anwendungen großflächig verfügbar zu machen. Die erfolgreiche Herstellung dieses Materials in makroskopischen Dimensionen stellt einen Wendepunkt in der Hochdruckphysik dar. Durch die Kombination von extremer Belastbarkeit und thermischer Stabilität verspricht Lonsdaleit, die Grenzen der Materialwissenschaft neu zu definieren und neue Standards in der globalen Werkzeugtechnik zu setzen.