Een door NIMS geleide onderzoeksgroep is erin geslaagd een diamanten cantilever van hoge kwaliteit te ontwikkelen met een van de hoogste kwaliteit (Q) factorwaarden bij kamertemperatuur ooit bereikt. De groep is er ook voor het eerst in de wereld in geslaagd een single crystal diamond micro-electromechanical systems (MEMS) sensorchip te ontwikkelen die kan worden geactiveerd en gedetecteerd door elektrische signalen. Deze prestaties kunnen onderzoek naar diamant-MEMS populair maken met een aanzienlijk hogere gevoeligheid en grotere betrouwbaarheid dan bestaande silicium-MEMS.

In MEMS-sensoren, microscopische uitkragingen (projecterende balken die aan slechts één uiteinde zijn bevestigd) en elektronische circuits zijn geïntegreerd op een enkel substraat. Ze zijn gebruikt in gassensoren, massa-analysatoren en scanning-microscoopprobes. Voor praktische toepassing in een grotere verscheidenheid aan gebieden, inclusief rampenpreventie en medicijnen, ze vereisen een grotere gevoeligheid en betrouwbaarheid.

De elastische constante en mechanische constante van diamant behoren tot de hoogste van alle materialen, waardoor het veelbelovend is voor gebruik bij de ontwikkeling van zeer betrouwbare en gevoelige MEMS-sensoren. Echter, driedimensionale microfabricage van diamant is moeilijk vanwege de mechanische hardheid. De onderzoeksgroep ontwikkelde een "smart cut" fabricagemethode die microverwerking van diamant mogelijk maakte met behulp van ionenstralen en slaagde erin in 2010 een monokristallijne diamanten cantilever te fabriceren. de kwaliteitsfactor van de diamanten cantilever was vergelijkbaar met die van bestaande silicium cantilevers vanwege de aanwezigheid van oppervlaktedefecten.

De onderzoeksgroep ontwikkelde vervolgens een nieuwe techniek die het mogelijk maakt om diamantoppervlakken op atomaire schaal te etsen. Met deze etstechniek kon de groep defecten verwijderen op het bodemoppervlak van de monokristallijne diamanten cantilever vervaardigd met behulp van de slimme snijmethode. De resulterende cantilever vertoonde Q-factorwaarden - een parameter die wordt gebruikt om de gevoeligheid van een cantilever te meten - groter dan een miljoen; tot de hoogste ter wereld. De groep formuleerde vervolgens een nieuw MEMS-apparaatconcept:gelijktijdige integratie van een cantilever, een elektronisch circuit dat de cantilever laat oscilleren en een elektronisch circuit dat de vibratie van de cantilever waarneemt. Eindelijk, de groep ontwikkelde een MEMS-chip met één kristaldiamant die kan worden geactiveerd door elektrische signalen en heeft de werking ervan voor het eerst met succes gedemonstreerd. De chip vertoonde zeer hoge prestaties en gevoeligheid, werkend bij lage spanningen en bij temperaturen tot 600°C.

Deze resultaten kunnen het onderzoek naar fundamentele technologie die van vitaal belang is voor de praktische toepassing van diamant-MEMS-chips en de ontwikkeling van uiterst gevoelige, hoge snelheid, compacte en betrouwbare sensoren die massa's kunnen onderscheiden die zo licht zijn als een enkel molecuul.