除了热和高压之外，小的电场在形成这种极其坚硬的碳化合物中也能发挥决定性作用。钻石，像石墨一样，是一种特殊的碳形式。它的立方晶体结构和强大的化学键赋予了它独特的硬度。几千年来，它既被用作工具，也被视为美丽的物品。直到20世纪50年代，才首次有可能人工生产钻石。
大多数天然钻石在地球地幔中形成，深度至少为150公里，那里的温度超过1500摄氏度，压力极高，达到几个吉帕斯卡——比一个充气良好的自行车轮胎的压力高出10000倍以上。关于负责其形成的精确机制，有不同的理论。起始材料是富含碳酸盐的熔体，即富含氧和碳的镁、钙或硅化合物。
因为地球地幔中发生电化学过程，那里的熔体和液体可以具有高电导率，由俄罗斯科学院V. S. Sobolev地质与矿物学研究所的Yuri Palyanov领导的研究人员开发了一种钻石形成模型，其中高度局部化的电场起着核心作用。根据这一概念，应用不到一伏特的电压——比大多数家用电池提供的电压还要低——提供电子，触发化学转化过程。
这些可用的电子使得碳酸盐的某些碳氧化合物通过一系列化学反应变成CO2，最终形成钻石形式的纯碳。
为了测试他们的理论，俄罗斯研究团队开发了一个复杂的实验设施：一个毫米大小的铂金胶囊被加热系统包围，该系统又被放置在一个需要产生高达7.5吉帕斯卡压力的高压装置中。精心构造的微小电极通向装有碳酸盐或碳酸盐-硅酸盐粉末的胶囊。在1300到1600°C的温度下进行了多次实验，有些实验持续了长达40小时。
在Novosibirsk进行的实验显示，正如预测的那样，在负电极附近的小钻石在几个小时内生长，但这只有在施加小电压时才会发生；半伏特已经足够。新形成的晶体直径达到最大200微米，即五分之一毫米，比一粒典型的沙子还要小。此外，如预期，在较低压力下进行的实验中发现了另一种纯碳矿物石墨。当研究人员反转电压极性时，进一步证明了新机制——钻石随后在另一个电极上生长，正如预期。
如果没有从外部提供电压，既不会形成石墨也不会形成钻石。在钻石附近，还发现了与地球深层地幔相关的其他矿物。
“Novosibirsk的实验设施绝对令人印象深刻，”GFZ的SIMS实验室负责人Michael Wiedenbeck说，他是波茨坦模块化地球科学基础设施（MESI）的一部分。
他与俄罗斯研究人员合作超过十年；他与SIMS实验室工程师Frédéric Couffignal一起，分析了他们的俄罗斯同事生产的钻石。为了确定Yuri Palyanov关于钻石形成的理论是否完全正确，必须非常精确地表征钻石的同位素组成。
波茨坦研究人员为此使用了二次离子质谱（SIMS）。波茨坦仪器是一种高度专业的质谱仪，为来自世界各地的地质科学家提供来自极小样本的高精度数据。
“通过这种技术，我们可以以高精度确定亚毫米样本上微小区域的组成，”Wiedenbeck说。因此，使用非常精确的离子束从实验室生产的钻石中移除了不到十亿分之一克。然后，带电原子被注入一个六米长的装置，该装置根据每个粒子的个体质量分离数十亿个粒子。这项技术使得分离化学元素成为可能，特别是可以区分其较轻或较重的变体，即同位素。
“通过这种方式，我们已经表明，碳同位素13C到12C的比例完全符合Novosibirsk同事开发的模型。可以说，我们已经为确认这一理论贡献了最后一块拼图，”Wiedenbeck说。然而，必须指出，这种方法不适用于大规模生产大型人造钻石。
“我们的结果清楚地表明，电场应被视为影响钻石结晶的重要附加因素。这一观察可能对理解全球碳循环中的碳同位素比率变化具有相当重要的意义，”Yuri Polyanov总结道。