Nieuwe methode voor bewerking van diamantfilms

Dunne laagjes synthetische diamant hebben door hun bijzondere eigenschappen (hard, inert, doorzichtig) interessante toepassingsmogelijkheden.

Hun hardheid maakt ze echter moeilijk bewerkbaar. De gebruikelijke technieken vereisen vaak extreme omstandigheden en kunnen het oppervlak soms beschadigen. Onderzoekers van AT&T Bell Laboratories in Murray Hill (VS) hebben een methode ontwikkeld die deze problemen omzeilt. Zij maken gebruik van cerium en lanthaan: zeer reactieve metalen die behoren tot de zeldzame aarden (of aardmetalen).

Van deze metalen is bekend dat ze in gesmolten toestand 25 procent van hun eigen volume aan koolstof kunnen opnemen. En diamant is vrijwel niets anders dan zuivere koolstof. De onderzoekers klemden laagjes synthetische diamant van 0,3 mm dik tussen ongeveer even dikke laagjes cerium of lanthaan. Vervolgens werd zo'n sandwich in een atmosfeer van argon verhit tot een temperatuur van 920 ß8C, boven het smeltpunt van het aardmetaal. Na de warmtebehandeling werden de diamantfilms gereinigd met koningswater: een mengsel van geconcentreerd salpeterzuur en zoutzuur.

De elektronenmicroscoop liet zien dat de diamantfilms dunner waren geworden (van 300 tot 230 micrometer), maar ook veel gladder. Zowel de ruwe, scherpe groeifacetten aan de bovenkant als de korrelstructuur aan de onderkant waren verdwenen. Het vloeibare aardmetaal had de koolstof aan de oppervlakken van de diamantfilms weggeëtst. Het fysische mechanisme hiervan is waarschijnlijk het streven van de diamantfilms naar een zo gering mogelijke oppervlakte-energie, dus het zo klein mogelijk maken van het oppervlak.

De bewerking nam vier uur in beslag, hetgeen betekent dat dit etsproces vijf tot tien maal zo snel verloopt als het etsen met behulp van een gewoon metaal (zoals ijzer of mangaan) in vaste toestand en onder zeer hoge druk. Gunstig was ook dat het warmtegeleidingsvermogen na de bewerking met de helft was toegenomen, waarschijnlijk door het verdwijnen van fijnkorrelig materiaal aan het onderoppervlak. Dit vermogen verschilde nu nog maar weinig met dat van zuivere diamantkristallen (Nature 362, p. 822).

De onderzoekers menen dat met deze techniek nieuwe optische toepassingen voor diamantfilms in het verschiet liggen. De techniek zou kunnen worden toegepast voor het uit diamantfilms maken van draden, naalden, lenzen en andere niet-vlakke vormen. Voor ingewikkelde vormen zou het aardmetaal als negatieve "mal' voor de diamantvorm moeten fungeren. Voorgevormde mallen van zeldzame aardmetalen met holle bodems zouden gebruikt kunnen worden voor het uit diamantfilms maken van microlenzen.