Dankzij een nieuwe techniek ontwikkeld bij EPFL, optische diffractieroosters kunnen nu gemaakt worden van puur diamant, met hun oppervlakken tot op het laatste atoom gladgestreken. Deze nieuwe apparaten kunnen worden gebruikt om de golflengte van krachtige lasers of in geavanceerde spectrografen te veranderen.

Een team van EPFL-onderzoekers heeft een onconventionele manier ontwikkeld om diamanten microscopisch in een bepaalde vorm te snijden en ze op atomair niveau glad te strijken. Deze nieuwe techniek, die op 5 september zal worden gepresenteerd op de International Conference on Diamond and Carbon Materials DCM2017, maakt het mogelijk om diffractieroosters te vervaardigen uit zuivere diamant, die unieke eigenschappen heeft die ideaal zijn voor zowel spectroscopie als de optische componenten die worden gebruikt in krachtige lasers.

Diffractieroosters bestaan ​​uit evenwijdige groeven die licht opsplitsen in zijn spectrale componenten, een soort prisma. Deze roosters zijn meestal gemaakt van glas en silicium, materialen die al in spectrografen zijn gebruikt en om de door lasers uitgezonden kleur te veranderen.

Het team, onder leiding van Niels Quack, een door SNSF gefinancierde professor aan de School of Engineering, heeft nu een manier gevonden om deze roosters ook van eenkristaldiamant te maken, het veld openstellen voor een scala aan nieuwe mogelijkheden. Diamanten zijn ongeëvenaard in termen van hun thermische geleidbaarheid, die tussen de vijf en tien keer groter is dan die van enig ander materiaal dat voor dit doel wordt gebruikt. Diamanten zijn ook extreem hard en werken goed met UV-stralen, evenals infrarood en zichtbare stralen. "Diamanten zijn chemisch inert, wat betekent dat zelfs de meest agressieve chemische stoffen ze niet kunnen aanvallen. Maar het betekent ook dat ze heel moeilijk te bewerken zijn, "Verklaart Dr. Quack. "Dus deze nieuwe manier om diamanten te snijden zou heel nuttig kunnen zijn."

Zuurstof gebruiken om diamanten te slijpen

De door de onderzoekers ontwikkelde techniek is baanbrekend omdat het hen in staat stelt om goed gedefinieerde vormen te etsen tot millimetergrote monokristallijne diamantplaten, met de groeven gescheiden door slechts enkele microns en met ongelooflijk gladde oppervlakken. Om hun techniek te ontwikkelen, de onderzoekers gebruikten diamanten die synthetisch waren gemaakt door middel van chemische dampafzetting.

De diamanten worden in verschillende fasen geëtst. Eerst, een hard masker wordt afgezet en gestructureerd op het oppervlak van een traanplaat, die vervolgens wordt blootgesteld aan een zuurstofplasma. De zuurstofionen in het plasma worden versneld op het oppervlak van de diamant door een elektrisch veld. Waar niet gedekt door het harde masker, de zuurstofionen verwijderen koolstofatomen één voor één van het oppervlak van de diamant. "Door de intensiteit van het elektrische veld aan te passen, we kunnen de vorm die we in de diamant etsen veranderen, " legt Dr. Quack uit. "Voor de diffractieroosters, we kerven driehoekige groeven uit die slechts enkele microns van elkaar verwijderd zijn. We passen de procesparameters aan om selectief een reeks goed gedefinieerde kristalvlakken te onthullen, waardoor we V-vormige groeven kunnen maken die bijna tot op atomair niveau worden afgevlakt. Het is onmogelijk om dit soort precisie te krijgen als de diamanten gewoon met een laser worden gesneden."