Grazie a una nuova tecnica sviluppata all'EPFL, i reticoli di diffrazione ottica possono ora essere realizzati in puro diamante, con le loro superfici levigate fino all'ultimo atomo. Questi nuovi dispositivi possono essere utilizzati per alterare la lunghezza d'onda di laser ad alta potenza o in spettrografi all'avanguardia.

Un team di ricercatori dell'EPFL ha sviluppato un modo non convenzionale di tagliare al microscopio i diamanti in una forma particolare e levigarli a livello atomico. Questa nuova tecnica, che sarà presentato alla Conferenza internazionale sui materiali diamantati e carboniosi DCM2017 il 5 settembre, permette di realizzare reticoli di diffrazione in puro diamante, che ha proprietà uniche ideali sia per la spettroscopia che per i componenti ottici utilizzati nei laser ad alta potenza.

I reticoli di diffrazione sono costituiti da scanalature parallele che scompongono la luce nelle sue componenti spettrali, una specie di prisma. Queste griglie sono generalmente realizzate in vetro e silicio, materiali che sono già stati utilizzati negli spettrografi e per alterare il colore emesso dai laser.

Il gruppo, guidato da Niels Quack, un professore finanziato dal FNS presso la Scuola di Ingegneria, ha ora trovato un modo per realizzare queste grate anche in cristallo singolo di diamante, aprendo il campo a una serie di nuove possibilità. I diamanti non hanno eguali in termini di conduttività termica, che è da cinque a dieci volte maggiore di quella di qualsiasi altro materiale utilizzato a tale scopo. I diamanti sono anche estremamente duri e funzionano bene con i raggi UV, così come raggi infrarossi e visibili. "I diamanti sono chimicamente inerti, il che significa che anche le sostanze chimiche più aggressive non possono attaccarle. Ma significa anche che sono molto difficili da lavorare, " spiega il dottor Quack. "Quindi questo nuovo modo di intagliare i diamanti potrebbe rivelarsi molto utile".

Usare l'ossigeno per tagliare i diamanti

La tecnica sviluppata dai ricercatori è rivoluzionaria perché consente loro di incidere forme ben definite in lastre diamantate a cristallo singolo di dimensioni millimetriche, con le scanalature separate da pochi micron e con superfici incredibilmente lisce. Per sviluppare la loro tecnica, i ricercatori hanno utilizzato diamanti creati sinteticamente attraverso la deposizione chimica da vapore.

I diamanti sono incisi in più fasi. Primo, una maschera dura viene depositata e strutturata sulla superficie di una lastra diamantata, che viene poi esposto a un plasma di ossigeno. Gli ioni ossigeno nel plasma vengono accelerati sulla superficie del diamante da un campo elettrico. Dove non coperto dalla maschera dura, gli ioni ossigeno rimuovono uno ad uno gli atomi di carbonio dalla superficie del diamante. "Regolando l'intensità del campo elettrico, possiamo alterare la forma che incidiamo nel diamante, " spiega il dottor Quack. "Per i reticoli di diffrazione, ritagliamo scanalature triangolari distanti solo pochi micron l'una dall'altra. Regoliamo i parametri di processo per rivelare selettivamente una serie di piani cristallini ben definiti, permettendoci di creare scanalature a forma di V che sono levigate quasi al livello atomico. È impossibile ottenere questo tipo di precisione quando i diamanti vengono semplicemente tagliati con un laser".