La technique de structuration en diamant pourrait transformer la photonique

L'une des technologies habilitantes de notre époque est la photolithographie, le processus qui crée des motifs à la surface de matériaux tels que le silicium, le dioxyde de silicium et d'autres composants des dispositifs microélectroniques.

Il est difficile d'exagérer l'importance de cette technique. Presque toutes les puces électroniques sont fabriquées à l'aide de cette technologie, de sorte que les fruits de cette invention imprègnent notre monde.

Maintenant, les informaticiens ont commencé à regarder au-delà du silicium pour la prochaine génération de puces et celles au-delà. Et l'un des matériaux les plus passionnants qu'ils étudient est le diamant.

Mais il y a un problème. La fabrication d'appareils en diamant est une entreprise difficile en raison de sa robustesse chimique. La photolithographie ne fonctionne tout simplement pas.

Au lieu de cela, les physiciens ne peuvent sculpter la surface du diamant qu'en utilisant des processus à haute énergie tels que l'ablation laser à haute puissance et le bombardement ionique. Et ceux-ci détruisent souvent la surface et tout ce qui s'y trouve.

Ce dont ils ont besoin, c'est d'un processus qui produit des motifs sur la surface du diamant aussi facilement que la photolithographie le fait avec du silicium.

Aujourd'hui, Aiden Martin et ses amis de l'Université de technologie de Sydney, en Australie, disent avoir développé une telle technique. Ils ont trouvé un moyen de fabriquer des structures en diamant en utilisant une technique à faible énergie qui n'endommage pas la surface et ne détruit pas les structures à proximité.

La nouvelle technique est relativement simple. Elle repose sur le fait que les molécules d'eau ont tendance à adhérer à la surface du diamant. Martin et ses collègues séparent ensuite les molécules d'eau avec des électrons de faible énergie, créant des radicaux hydrogène et oxygène. Les radicaux d'oxygène sont si réactifs qu'ils arrachent les molécules de carbone du cristal de diamant formant du monoxyde de carbone.

Le résultat est un processus à faible énergie qui élimine les atomes de carbone de manière relativement douce. Créer un motif à la surface du diamant consiste alors simplement à trouver un moyen d'empêcher les molécules d'eau d'adhérer à la surface du diamant ou de bloquer l'action des électrons dans une forme prédéfinie.

Martin et ses collègues démontrent leur technique en utilisant un masque de silice placé sur une surface de diamant, qui barre le passage des électrons de basse énergie. Ils placent ensuite le diamant dans une atmosphère de vapeur d'eau, puis balayent un faisceau d'électrons de faible énergie sur la surface exposée pour retirer le diamant.

Les résultats sont impressionnants. L'équipe a créé des piliers de diamant, a sculpté des motifs dans des surfaces de diamant et a même écrit des mots sur des facettes de nanodiamant à un angle par rapport au faisceau d'électrons.

Cela a de nombreuses applications potentielles. La gravure chimique induite par électrons ouvre la voie à une technologie transformatrice pour la nanofabrication de diamant, selon Martin et co.

L'une des possibilités les plus intéressantes est l'informatique quantique, où la capacité de manipuler des photons uniques est cruciale. C'est possible avec le diamant grâce à un phénomène appelé luminescence par manque d'azote, dans lequel un atome d'azote est substitué dans la structure du diamant au lieu d'un carbone.

Puisque l'azote a un électron de moins dans sa couche externe, il crée une lacune dans le cristal. Et cela peut être utilisé pour tout, de la production de photons à la détection de champs magnétiques ou électriques, le tout à température ambiante.

Avec la nouvelle technique, il devient soudainement possible de fabriquer toutes sortes de structures contenant des centres de lacunes d'azote. C'est la première étape vers le rendu des géométries de diamant monocristallin 3D pour les dispositifs photoniques, de détection et quantiques haute performance, selon Martin et co.

L'équipe appelle sa nouvelle technique gravure induite par faisceau d'électrons ou EBIE. Attendez-vous à en entendre beaucoup plus à ce sujet.

Réf : arxiv.org/abs/1403.4067 : Impression 3D soustractive de structures diamantées optiquement actives

cacher