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La técnica de modelado de diamantes podría transformar la fotónica
Una de las tecnologías habilitadoras de nuestro tiempo es la fotolitografía, el proceso que crea patrones en la superficie de materiales como el silicio, el dióxido de silicio y otros componentes de los dispositivos microelectrónicos.
Es difícil exagerar la importancia de esta técnica. Casi todos los microchips se fabrican con él, por lo que los frutos de esta invención impregnan nuestro mundo.
Ahora, los científicos de la computación han comenzado a mirar más allá del silicio para la próxima generación de chips y los posteriores. Y uno de los materiales más interesantes que están investigando es el diamante.
Pero hay un problema. Fabricar dispositivos con diamantes es un negocio difícil debido a su robustez química. La fotolitografía simplemente no funciona.
En cambio, los físicos solo pueden tallar la superficie del diamante mediante procesos de alta energía como la ablación láser de alta potencia y el bombardeo de iones. Y estos a menudo destruyen la superficie y cualquier cosa en ella.
Lo que necesitan en la lectura es un proceso que produzca patrones en la superficie del diamante tan fácilmente como lo hace la fotolitografía con el silicio.
Hoy, Aiden Martin y sus amigos de la Universidad de Tecnología en Sydney, Australia, dicen que desarrollaron tal técnica. Han encontrado una forma de fabricar estructuras de diamante utilizando una técnica de baja energía que no daña la superficie ni destruye las estructuras cercanas.
La nueva técnica es relativamente sencilla. Se basa en el hecho de que las moléculas de agua tienden a adherirse a la superficie del diamante. Martin y compañía luego rompen las moléculas de agua con electrones de baja energía creando radicales de hidrógeno y oxígeno. Los radicales de oxígeno son tan reactivos que arrancan las moléculas de carbono del cristal de diamante formando monóxido de carbono.
El resultado es un proceso de baja energía que elimina átomos de carbono con relativa suavidad. Crear un patrón en la superficie del diamante es simplemente una cuestión de encontrar una manera de evitar que las moléculas de agua se adhieran a la superficie del diamante o de bloquear la acción de los electrones en una forma predefinida.
Martin y sus compañeros demuestran su técnica utilizando una máscara de sílice colocada sobre una superficie de diamante, que impide el paso de electrones de baja energía. Luego colocan el diamante en una atmósfera de vapor de agua y luego escanean un haz de electrones de baja energía sobre la superficie expuesta para quitar el diamante.
Los resultados son impresionantes. El equipo ha creado pilares de diamantes, ha tallado patrones en superficies de diamantes e incluso ha escrito palabras en facetas de nanodiamantes en ángulo con el haz de electrones.
Eso tiene muchas aplicaciones potenciales. El grabado químico inducido por electrones allana el camino hacia una tecnología transformadora para la nanofabricación de diamantes, dicen Martin y compañía.
Una de las posibilidades más interesantes es la computación cuántica, donde la capacidad de manipular fotones individuales es crucial. Eso es posible con el diamante gracias a un fenómeno llamado luminiscencia de vacancia de nitrógeno, en el que un átomo de nitrógeno se sustituye en la estructura del diamante en lugar de un carbono.
Dado que el nitrógeno tiene un electrón menos en su capa exterior, crea una vacante en el cristal. Y esto se puede utilizar para todo, desde la producción de fotones hasta la detección de campos eléctricos o magnéticos, todo a temperatura ambiente.
Con la nueva técnica, de repente es posible fabricar todo tipo de estructuras con centros vacantes de nitrógeno en ellos. Es el primer paso hacia la renderización de geometrías de diamantes monocristalinos en 3D para dispositivos fotónicos, de detección y cuánticos de alto rendimiento, dicen Martin y compañía.
El equipo llama a su nueva técnica grabado inducido por haz de electrones o EBIE. Espere escuchar mucho más sobre esto.
Ref: arxiv.org/abs/1403.4067 : Impresión 3D sustractiva de estructuras diamantadas ópticamente activas