L’eccezionale durezza del diamante rende difficile trasformarlo nei substrati sottili e sagomati con precisione richiesti dalle tecnologie ad alte prestazioni. I ricercatori dell’Università di Chiba, in Giappone, hanno ora dimostrato un approccio basato sul laser in grado di separare un diamante coltivato in laboratorio lungo il piano cristallino {100}, un orientamento considerato particolarmente pratico perché più facile da lucidare.
Lo studio, pubblicato su Diamond and Related Materials il 1° novembre 2026, ha esaminato la risposta di tre diamanti monocristallini a impulsi laser ultrabrevi. Un campione era stato prodotto con il metodo ad alta pressione e alta temperatura (HPHT), mentre gli altri due erano stati realizzati mediante deposizione chimica da fase vapore (CVD) e contenevano livelli differenti di impurità di azoto.
Il gruppo, guidato dal professor Hirofumi Hidai e con la partecipazione di Mahiro Ikeno come coautore, ha utilizzato impulsi focalizzati di durata compresa tra 233 femtosecondi e 30 picosecondi. La microscopia ottica, la spettroscopia e l’analisi delle immagini sono state quindi impiegate per valutare dimensioni, forma e continuità delle regioni modificate formatesi all’interno dei cristalli.
I campioni hanno mostrato risposte differenti. I diamanti CVD potevano essere modificati con impulsi più brevi rispetto al diamante HPHT. Nei campioni CVD, gli impulsi più brevi hanno creato piccoli segni separati, mentre impulsi di circa 10 picosecondi o più lunghi hanno generato regioni modificate più continue. La sola concentrazione di azoto non spiegava le differenze, indicando che anche i difetti microscopici legati alla storia di crescita di ciascun cristallo possono avere un ruolo importante.
In generale, i diamanti CVD hanno prodotto regioni modificate meno stabili rispetto al campione HPHT e hanno mostrato una maggiore variabilità nelle loro forme. Sulla base di questi risultati, i ricercatori hanno selezionato impulsi di 10 picosecondi per lavorare un diamante CVD di 8 mm × 8 mm secondo una griglia controllata.
Anziché creare un’intera rete di fratture in un’unica operazione, hanno aggiunto ulteriori regioni modificate a metà strada tra quelle già esistenti in quattro fasi successive di lavorazione. Il diamante si è quindi separato nettamente lungo il piano {100} dopo un leggero colpo con una pinzetta.
L’area di taglio risultante era circa 710 volte più grande rispetto a quella del diamante HPHT di 300 micrometri quadrati prodotto dai ricercatori in uno studio precedente. Il gruppo afferma che l’area maggiore rappresenta un passo verso la produzione dei substrati di diamante più grandi necessari per componenti ottici e dispositivi elettronici.
Tra i possibili utilizzi figurano substrati di diamante, finestre ottiche per laser ad alta potenza destinate ai sistemi di litografia, dissipatori di calore per dispositivi avanzati come i chip per l’intelligenza artificiale e semiconduttori di potenza basati sul diamante. Secondo Hidai, il processo potrebbe essere adattato in futuro alla produzione industriale, riducendo potenzialmente i costi di fabbricazione e migliorando l’utilizzo dei materiali.
Lo studio individua inoltre possibili vantaggi in termini di sostenibilità derivanti da un uso più ampio dei dispositivi di potenza basati sul diamante. Tali componenti potrebbero contribuire a ridurre le perdite energetiche in settori quali i centri dati, le infrastrutture elettriche e i veicoli elettrici.
Fonti: Phys.org.