Ein einziger Laserblitz, eine dünne Kunststofffolie – und rund zehn Billionen winzige Diamanten: Forschende der Universität Rostock und des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) haben südlich von Prag ein Verfahren zur Herstellung ultrakleiner Nanodiamanten entwickelt. Die Ergebnisse wurden am 17. September 2026 veröffentlicht; ein weiterer Bericht dazu erschien am 22. Oktober 2026.

Der Versuchsaufbau klingt fast wie aus einem Science-Fiction-Film, ist aber sehr präzise: Hochleistungslaser komprimieren eine 100 Mikrometer dünne PET-Folie. Innerhalb von Nanosekunden entstehen dabei extrem hohe Temperaturen von mehreren tausend Grad Celsius und Drücke von etwa einer Million Atmosphären. Unter diesen Bedingungen nimmt der Kohlenstoff eine kristalline Diamantstruktur an.

Diamanten aus der Schockwelle

Die Experimente liefen an der Extreme Light Infrastructure (ELI) südlich von Prag, genauer an der Anlage L4n-P3. Sie beschießt die Folie dreimal pro Minute mit Laserblitzen. In der entstehenden Schockwelle bilden sich die Nanodiamanten. Beim Übergang ins Vakuum werden sie aus der Folie geschleudert und erreichen mehr als zehn Kilometer pro Sekunde – da bleibt nicht viel Zeit zum Nachdenken.

Damit die Teilchen nicht einfach davonsausen, fingen die Forschenden sie in einem vakuumgeeigneten, wasserlöslichen ionischen Gel auf. Das Gel bremst den Aufprall ab. Anschließend wurden die Nanodiamanten herausgelöst und gereinigt. Mit dem Elektronenmikroskop ELMI-MV der Universität Rostock konnten sie erstmals direkt sichtbar gemacht und charakterisiert werden.

Ein einzelner Nanodiamant ist kleiner als 100 Nanometer und besteht in diesem Versuch wegen seiner geringen Größe aus etwa 3.000 Kohlenstoffatomen. Die Partikel haben einen durchschnittlichen Durchmesser von ungefähr drei Nanometern, sind nahezu gleich groß und weisen eine hohe Reinheit auf. Pro Laserschuss entstehen rund zehn Billionen davon. Für einige hundert Mikrogramm Material waren etwa 100 Schüsse nötig.

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Sauberer und kontrollierter als Explosionen

Herkömmliche Verfahren gelten als technisch aufwendig und teuer. Explosionsbasierte Methoden brauchen besondere Sicherheitsmaßnahmen und hinterlassen Nebenprodukte, die anschließend herausgefiltert werden müssen. Das laserbasierte Verfahren kommt laut den Forschenden ohne aufwendige Apparaturen und gefährliche Chemikalien aus. Sein Reiz liegt in kleinen, sauberen und kontrolliert herstellbaren Partikeln.

Ob daraus eine industrielle Serienproduktion werden kann, ist allerdings noch offen. Die Forschenden wollen die Ausbeute zunächst in weiteren Experimenten auf den Milligramm-Bereich steigern. Energieeffiziente Hochenergielaser, die ursprünglich für die Fusionsforschung entwickelt wurden und mit hoher Wiederholungsrate arbeiten, könnten eine spätere Skalierung ermöglichen.

Die Idee entstand ursprünglich in der Planetenphysik. Die erzeugten Drücke und Temperaturen ähneln den Bedingungen im Inneren von Neptun oder Uranus, wo Kohlenstoff zu Diamant werden kann. Zunächst war unklar, ob die winzigen Kristalle die Rückkehr zu Normaldruck und Normaltemperatur überstehen. Die neuen Versuche bestätigten erstmals, dass sie erhalten bleiben.

Vom Poliermittel bis zum MRT-Kontrastmittel

Nanodiamanten sind sehr hart, stabil und hitzebeständig. Geforscht wird an Anwendungen als Schleif- und Poliermittel, für leistungsfähigere elektronische Bauteile, Oberflächenveredelungen, Katalysatoren und Energietechnik. Wegen ihrer großen Gesamtoberfläche könnten die kleinen Teilchen bei katalytischen Prozessen Vorteile bieten, etwa bei der Spaltung von CO₂ durch Sonnenlicht.

Auch die Medizin schaut genauer hin: Nanodiamanten werden für den Wirkstofftransport, als medizinische Kontrastmittel und für biologische Anwendungen untersucht. Die Herstellung aus Kunststoff erlaubt es, gezielt Fremdatome einzubauen. So könnten sich die Eigenschaften der Partikel an unterschiedliche Zwecke anpassen lassen – unter anderem an verbesserte Kontrastmittel für MRT-Untersuchungen.

Für Quantentechnik und Sensorik sind Nanodiamanten ebenfalls interessant. Sie können optisch aktive Defekte, sogenannte Farbzentren, im Kristallgitter enthalten. Ein internationales Team unter Leitung von Yingke Wu und Tanja Weil vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung verfolgt dafür einen anderen Weg: Die Partikel werden nicht aus größeren Diamanten zerkleinert, sondern „Bottom-up“ aus molekular genau definierten Nanographen-Bausteinen aufgebaut.

Unter hohem Druck und hohen Temperaturen verwandeln sich die flachen Kohlenstoffmoleküle in diamantähnliche, hochkristalline Nanostrukturen. Der Ansatz liefert besonders reine Partikel mit enger Größenverteilung; hergestellt wurden Nanodiamanten von etwa drei bis vier Nanometern. Optisch aktive Farbzentren lassen sich bereits während der Synthese integrieren. Geeignete molekulare Vorläufer ermöglichen silizium- und germaniumbasierte Emitter – ohne nachträgliche Ionenimplantation, Bestrahlung oder weitere Behandlungsschritte.

Damit rücken stabile Einzelphotonenquellen, nanoskalige Sensoren, integrierte photonische Emitter und programmierbare diamantbasierte Nanomaterialien näher. Ebenso denkbar sind fluoreszierende Nanodiamanten als optische Reporter, mit denen sich biologische Prozesse in Zellen oder anderen biologischen Umgebungen beobachten lassen. Die Ergebnisse dieser Arbeit erschienen am 3. Juni 2026 in Nature. Beteiligt waren DESY, die Goethe-Universität Frankfurt, die Johannes Gutenberg-Universität Mainz, das Leibniz-Institut für Neue Materialien, das Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, das Max-Planck-Institut für Polymerforschung, die University of Cambridge sowie die Universitäten des Saarlandes, Göttingen und Ulm.

Ein Blick in die Erdgeschichte – und nach vorn

Wie außergewöhnlich die Bedingungen bei der Diamantbildung sein können, zeigt auch ein geowissenschaftlicher Vergleich: Eine Studie der Universität Edinburgh wies erhöhte Konzentrationen von Nanodiamanten und Platin in geologischen Schichten auf vier Kontinenten nach. Die Befunde gelten als Hinweis auf einen kosmischen Einschlag vor rund 13.000 Jahren. Dabei könnten ähnliche Extrembedingungen entstanden sein wie im Laserexperiment.

Die Rostocker und Dresdner Forschenden wollen unterdessen noch einen Schritt weitergehen. Ihr nächstes Ziel ist BC8, eine theoretisch vorhergesagte Kohlenstoffform. Sie wäre dichter als Diamant, ähnlich hart, aber weniger spröde. Unter natürlichen Bedingungen kann BC8 auf der Erde nicht entstehen, weil die nötigen Drücke und Bedingungen fehlen. Ein erstes Experiment mit Kunststoff und noch höheren Drücken ist für November 2026 geplant.

Parallel werden weitere Herstellungswege erforscht. Chinesische Forschende stellten laut dem Bericht im Vorjahr erstmals einen „Superdiamanten“ her, der härter und hitzebeständiger als natürliche Diamanten sein soll. Die Publikation zum Laser-Verfahren lautet: B. Heuser et al., „Recovery of ultrasmall nanodiamonds from plastics shock-compressed to pressures around 100 GPa“, Diamond and Related Materials (2026), DOI: 10.1016/j.diamond.2026.114091.