Grâce à une nouvelle technique développée à l'EPFL, les réseaux de diffraction optique peuvent désormais être réalisés en diamant pur, avec leurs surfaces lissées jusqu'au tout dernier atome. Ces nouveaux appareils peuvent être utilisés pour modifier la longueur d'onde de lasers de haute puissance ou dans des spectrographes de pointe.

Une équipe de chercheurs de l'EPFL a développé un moyen non conventionnel de tailler au microscope des diamants dans une forme particulière et de les lisser au niveau atomique. Cette nouvelle technique, qui sera présenté lors de la Conférence Internationale sur les Matériaux Diamant et Carbone DCM2017 le 5 septembre, permet de fabriquer des réseaux de diffraction en diamant pur, qui possède des propriétés uniques qui sont idéales à la fois pour la spectroscopie et les composants optiques utilisés dans les lasers à haute puissance.

Les réseaux de diffraction sont constitués de sillons parallèles qui décomposent la lumière en ses composantes spectrales, un peu comme un prisme. Ces caillebotis sont généralement constitués de verre et de silicium, matériaux déjà utilisés dans les spectrographes et d'altérer la couleur émise par les lasers.

L'équipe, dirigé par Niels Quack, professeur à la Faculté des sciences de l'ingénieur financé par le FNS, a maintenant trouvé un moyen de fabriquer ces grilles à partir de diamant monocristallin également, ouvrant le champ à un éventail de nouvelles possibilités. Les diamants sont inégalés en termes de conductivité thermique, qui est entre cinq et dix fois supérieure à celle de tout autre matériau utilisé à cette fin. Les diamants sont également extrêmement durs et fonctionnent bien avec les rayons UV, ainsi que des faisceaux infrarouges et visibles. "Les diamants sont chimiquement inertes, ce qui signifie que même les substances chimiques les plus agressives ne peuvent pas les attaquer. Mais cela signifie aussi qu'ils sont très difficiles à usiner, " explique le Dr Quack. " Donc, cette nouvelle façon de tailler les diamants pourrait s'avérer très utile. "

Utiliser de l'oxygène pour tailler des diamants

La technique développée par les chercheurs est révolutionnaire car elle leur permet de graver des formes bien définies dans des plaques de diamant monocristallin de taille millimétrique, avec des rainures séparées de quelques microns et des surfaces incroyablement lisses. Pour développer leur technique, les chercheurs ont utilisé des diamants créés synthétiquement par dépôt chimique en phase vapeur.

Les diamants sont gravés en plusieurs étapes. D'abord, un masque dur est déposé et structuré à la surface d'une plaque de diamant, qui est ensuite exposé à un plasma d'oxygène. Les ions oxygène du plasma sont accélérés sur la surface du diamant par un champ électrique. Lorsqu'il n'est pas couvert par le masque dur, les ions d'oxygène éliminent un à un les atomes de carbone de la surface du diamant. "En ajustant l'intensité du champ électrique, nous pouvons modifier la forme que nous gravons dans le diamant, " explique le Dr Quack. " Pour les réseaux de diffraction, nous creusons des rainures triangulaires espacées de quelques microns. Nous ajustons les paramètres du processus pour révéler sélectivement un ensemble de plans cristallins bien définis, nous permettant de créer des rainures en forme de V qui sont lissées presque au niveau atomique. Il est impossible d'obtenir ce genre de précision lorsque les diamants sont simplement taillés au laser."