Un groupe de recherche dirigé par le NIMS a réussi à développer un porte-à-faux en diamant de haute qualité avec l'une des valeurs de facteur de qualité (Q) les plus élevées jamais atteintes à température ambiante. Le groupe a également réussi pour la première fois au monde à développer une puce de capteur de systèmes microélectromécaniques (MEMS) en diamant monocristallin qui peut être actionnée et détectée par des signaux électriques. Ces réalisations pourraient vulgariser la recherche sur les MEMS en diamant avec une sensibilité et une fiabilité nettement supérieures à celles des MEMS en silicium existants.

Dans les capteurs MEMS, des porte-à-faux microscopiques (poutres saillantes fixées à une seule extrémité) et des circuits électroniques sont intégrés sur un même substrat. Ils ont été utilisés dans les capteurs de gaz, analyseurs de masse et sondes de microscope à balayage. Pour une application pratique dans une plus grande variété de domaines, y compris la prévention des catastrophes et la médecine, ils nécessitent une plus grande sensibilité et fiabilité.

La constante élastique et la constante mécanique du diamant sont parmi les plus élevées de tous les matériaux, ce qui en fait un outil prometteur pour le développement de capteurs MEMS hautement fiables et sensibles. Cependant, la microfabrication tridimensionnelle du diamant est difficile en raison de sa dureté mécanique. Le groupe de recherche a développé une méthode de fabrication « smart cut » qui a permis le microtraitement du diamant à l'aide de faisceaux d'ions et a réussi à fabriquer un porte-à-faux en diamant monocristallin en 2010. Cependant, le facteur de qualité du porte-à-faux en diamant était similaire à celui des porte-à-faux en silicium existants en raison de la présence de défauts de surface.

Le groupe de recherche a ensuite développé une nouvelle technique permettant la gravure à l'échelle atomique des surfaces de diamant. Cette technique de gravure a permis au groupe d'éliminer les défauts sur la surface inférieure du porte-à-faux en diamant monocristallin fabriqué à l'aide de la méthode de coupe intelligente. Le porte-à-faux résultant présentait des valeurs de facteur Q - un paramètre utilisé pour mesurer la sensibilité d'un porte-à-faux - supérieur à un million ; parmi les plus élevés du monde. Le groupe a ensuite formulé un nouveau concept de dispositif MEMS :intégration simultanée d'un cantilever, un circuit électronique qui fait osciller le porte-à-faux et un circuit électronique qui détecte la vibration du porte-à-faux. Finalement, le groupe a développé une puce MEMS en diamant monocristallin qui peut être actionnée par des signaux électriques et a démontré avec succès son fonctionnement pour la première fois. La puce présentait des performances et une sensibilité très élevées, fonctionnant à basse tension et à des températures pouvant atteindre 600°C.

Ces résultats peuvent accélérer la recherche sur la technologie fondamentale vitale pour l'application pratique des puces MEMS en diamant et le développement de puces extrêmement sensibles, grande vitesse, capteurs compacts et fiables capables de distinguer des masses aussi légères qu'une seule molécule.