A dureza excepcional do diamante dificulta sua fabricação em substratos finos e precisamente moldados, necessários para tecnologias de alto desempenho. Pesquisadores da Universidade de Chiba, no Japão, demonstraram agora uma abordagem baseada em laser capaz de dividir um diamante cultivado em laboratório ao longo do plano cristalino {100}, uma orientação considerada especialmente prática porque é mais fácil de polir.

O estudo, publicado na revista Diamond and Related Materials em 1º de novembro de 2026, examinou como três diamantes monocristalinos responderam a pulsos de laser ultracurtos. Uma amostra havia sido produzida pelo método de alta pressão e alta temperatura (HPHT), enquanto as outras duas foram fabricadas por deposição química de vapor (CVD) e continham diferentes níveis de impurezas de nitrogênio.

A equipe, liderada pelo professor Hirofumi Hidai e com coautoria de Mahiro Ikeno, usou pulsos focalizados com duração entre 233 femtossegundos e 30 picossegundos. Microscopia óptica, espectroscopia e análise de imagens foram então utilizadas para avaliar o tamanho, a forma e a continuidade das regiões modificadas formadas no interior dos cristais.

As amostras apresentaram respostas diferentes. Os diamantes CVD puderam ser modificados com pulsos mais curtos do que o diamante HPHT. Nas amostras CVD, os pulsos mais curtos criaram pequenas marcas separadas, enquanto pulsos de cerca de 10 picossegundos ou mais geraram regiões modificadas mais contínuas. A concentração de nitrogênio, por si só, não explicou as diferenças, indicando que defeitos microscópicos associados ao histórico de crescimento de cada cristal também podem ser importantes.

Os diamantes CVD geralmente produziram regiões modificadas menos estáveis do que a amostra HPHT e mostraram maior variação em suas formas. Com base nessas descobertas, os pesquisadores selecionaram pulsos de 10 picossegundos para processar de maneira controlada um diamante CVD de 8 mm × 8 mm em uma grade.

Em vez de criar toda uma rede de fissuras em uma única operação, eles adicionaram outras regiões modificadas no meio das já existentes em quatro etapas sucessivas de processamento. O diamante então se dividiu de forma limpa ao longo do plano {100} após um leve toque com uma pinça.

A área de corte resultante foi aproximadamente 710 vezes maior do que a do diamante HPHT de 300 micrômetros quadrados produzido pelos pesquisadores em um estudo anterior. A equipe afirma que a área maior representa um passo em direção à fabricação dos substratos de diamante maiores necessários para componentes ópticos e dispositivos eletrônicos.

Os usos potenciais incluem substratos de diamante, janelas ópticas de laser de alta potência para sistemas de litografia, espalhadores de calor para dispositivos avançados, como chips de IA, e semicondutores de potência à base de diamante. Segundo Hidai, o processo poderia eventualmente ser adaptado à produção industrial, reduzindo potencialmente os custos de fabricação e melhorando o aproveitamento do material.

O estudo também identifica possíveis benefícios de sustentabilidade decorrentes do uso mais amplo de dispositivos de potência à base de diamante. Esses componentes poderiam ajudar a reduzir perdas de energia em áreas como data centers, infraestrutura elétrica e veículos elétricos.

Fontes: Phys.org.