Des chercheurs financés par le FNS ont développé une nouvelle technique de sculpture de matériaux pour créer des systèmes micromécaniques. En particulier, ils ont créé un minuscule composant de montre en diamant synthétique monocristallin.
Le diamant est très dur et élastique, un très bon conducteur thermique et hautement transparent, ce qui le rend idéal pour de nombreuses applications mécaniques et optiques. Mais le découper en formes complexes avec une précision micrométrique (un millième de millimètre) reste très difficile. Un procédé développé par l'équipe de Niels Quack, professeur FNS à l'EPFL, permet de tailler un système horloger micromécanique - une roue d'échappement et une ancre de trois millimètres de diamètre - dans un diamant synthétique monocristallin.
L'équipe lausannoise a affiné une technique connue sous le nom de « gravure ionique réactive » largement utilisée dans l'industrie des puces informatiques. Les chercheurs sont ainsi capables de sculpter le diamant synthétique en formes tridimensionnelles de 0,15 millimètre d'épaisseur, soit trois fois plus que les structures existantes les plus épaisses. "Nous nous rapprochons de l'épaisseur standard de l'industrie horlogère, qui est d'environ 0,2 millimètre", explique Quack. "Notre technique est intéressante pour l'industrie, et nous sommes en discussion avec une société horlogère suisse. Nous pensons que le diamant offre une friction réduite, ce qui devrait augmenter la réserve de marche. C'est le temps qu'il faut pour remonter la montre. Mais c'est encore une hypothèse à tester." Le diamant a d'autres avantages pour l'horlogerie :il est translucide et peut être coloré, et est également non magnétique - un attribut très apprécié sur le marché actuel.
Précédemment, la gravure ionique réactive ne pouvait créer que des structures de 0,05 millimètre d'épaisseur :lorsque les ions (atomes chargés électriquement) sont accélérés par un champ électrique, ils ne suppriment pas seulement les couches de diamant à des endroits sélectionnés ; ils rongent aussi le masque qui définit la forme désirée. La profondeur des structures pouvant être obtenues est ainsi limitée par la résistance et l'épaisseur du masque. En moins de six mois, Adrien Toros, un assistant scientifique à l'Institut de Microélectronique de l'EPFL, développé un masque à double couche qui se compose d'une couche d'aluminium, qui adhère bien au diamant, placé sous une seconde couche de dioxyde de silicium, qui est épais et plus résistant à l'activité ionique. Le résultat est un processus de gravure plus rapide qui permet une gravure presque verticale, et plus profond, coupes.
Avec le soutien d'Innosuisse (anciennement CTI), l'équipe envisage de poursuivre sa collaboration avec le fabricant suisse de diamants synthétiques Lake Diamond, auprès de qui l'équipe a déposé un brevet. « A moyen terme, cette nouvelle technique va nous permettre de produire et de commercialiser des composants micrométriques précis, et par conséquent d'élargir notre champ d'activité", dit Pascal Gallo, le PDG de l'entreprise.
Dans un deuxième projet, les chercheurs travaillent au développement de composants optiques à partir de diamant ultrapur, tels que les lentilles utilisées en imagerie thermique, qui fonctionnent dans le spectre infrarouge, ainsi que des composants laser pour la découpe industrielle.
« Lorsque mon projet de recherche a démarré en 2015, Je n'ai jamais envisagé toutes les applications industrielles", dit Niels Quack. "Mais nous avons rapidement vu le potentiel de notre travail et avons réussi à le développer en applications pratiques grâce au soutien de la Gebert Rüf Stiftung. Pour moi, c'est une parfaite illustration de la façon dont la recherche fondamentale aboutit souvent à des applications que personne n'avait prévues, mais qui sont attrayants pour l'industrie. Il est important de garder l'esprit ouvert."
