I diamanti sono spesso esposti in gioielli squisiti. Ma questa forma solida di carbonio è anche rinomata per le sue eccezionali proprietà fisiche ed elettroniche. In Giappone, una collaborazione tra i ricercatori della Graduate School of Natural Science and Technology dell'Università di Kanazawa e l'AIST di Tsukuba, guidato da Ryo Yoshida, ha utilizzato la ricottura con vapore acqueo per formare superfici diamantate con terminazione ossidrile che sono atomicamente piatte.

Il diamante ha molte caratteristiche che lo rendono attraente per l'applicazione in dispositivi elettronici. Però, il diamante contiene difetti osservabili a livello atomico che creano proprietà superficiali uniche che influenzano il modo in cui può essere applicato in tali dispositivi.

La terminazione superficiale con ossigeno o idrogeno stabilizza la struttura del diamante. Le superfici diamantate con terminazione ad idrogeno (terminazione H) contengono strati di gas bidimensionali (2DHG) che consentono il funzionamento ad alta temperatura e alta tensione. Le superfici diamantate con terminazione di ossigeno sono formate dall'ossidazione superficiale delle superfici con terminazione H, che rimuove i legami carbonio-idrogeno (C-H) e 2DHG, "ma questo irruvidisce la superficie del diamante e porta al degrado delle prestazioni dei dispositivi, ", afferma Norio Tokuda dell'Università di Kanazawa.

Per superare questo, i ricercatori hanno applicato la ricottura del vapore acqueo. Hanno iniziato con (1 1 1) orientato all'alta pressione, substrati di diamante monocristallino sintetico ad alta temperatura Ib e IIa. I film di diamante omoepitassiale sono stati coltivati ​​sui substrati Ib tramite deposizione chimica da vapore al plasma a microonde (MPCVD). Per ottenere superfici atomicamente piatte con terminazione H, i campioni di diamante sono stati esposti al plasma H nella camera MPCVD. Per formare superfici con terminazioni ossidriliche, i campioni di diamante con terminazione H sono stati sottoposti a ricottura con vapore acqueo. Il trattamento di ricottura è avvenuto in atmosfera di azoto gorgogliato attraverso acqua ultrapura in un tubo di quarzo in un forno elettrico.

I risultati hanno indicato che i legami C-H sono rimasti sulla superficie del diamante durante la ricottura con vapore acqueo al di sotto di 400°C; perciò, È stato rilevato 2DHG. "Però, la ricottura con vapore acqueo sopra i 500°C rimuove i legami C-H dalla superficie del diamante, " spiega Yoshida, "indicando la scomparsa del 2DHG."

Così, i risultati indicano che la ricottura con vapore acqueo può rimuovere 2DHG mantenendo la morfologia superficiale delle superfici di diamante orientate (1 1 1). "Rispetto alle tecniche convenzionali per rimuovere 2DHG, come l'ossidazione chimica umida, "dice Tokuda, "La ricottura con vapore acqueo offre il vantaggio di mantenere una superficie atomicamente piatta."