Imagine colocar um objeto sob um microscópio e apertar um botão para reorganizar os átomos da superfície com precisão de escala atômica. Este cenário de ficção científica agora é uma realidade graças à pesquisa pioneira publicada na Applied Surface Science .

"Nosso método a laser proporciona controle em nível atômico sobre superfícies de diamante em um ambiente de ar padrão", afirma o pesquisador principal, Dr. Mojtaba Moshkani.

"Este nível de precisão normalmente só é possível com equipamentos de vácuo grandes e complexos. A capacidade de alcançá-lo com um processo de laser simples é realmente notável."

Aproveitando o poder da luz laser ultravioleta (UV) profunda , pesquisadores desenvolveram uma técnica para processamento preciso da superfície de diamantes. O método permite a remoção controlada de apenas 1 por cento de uma única camada atômica, oferecendo controle sem precedentes sobre a estrutura e as propriedades da superfície do diamante.

Usando um laser ultravioleta profundo, a equipe demonstrou como pulsos de luz precisamente entregues podem desencadear reações químicas localizadas na superfície de um diamante. A reação, conduzida por um processo de dois fótons, remove átomos de carbono seletivamente da camada atômica superior.

Essa inovação está pronta para transformar aplicações em eletrônica, dispositivos quânticos e manufatura avançada, onde até mesmo pequenos ajustes na configuração dos átomos da superfície podem melhorar significativamente o desempenho do dispositivo.

Uma das descobertas mais empolgantes foi um aumento dramático na condutividade da superfície do diamante — até sete vezes maior — após o tratamento a laser. Esse aprimoramento foi confirmado independentemente por colaboradores do MIT Lincoln Laboratory.

"Ficamos surpresos que um ajuste tão pequeno na superfície pudesse produzir um aumento tão substancial na condutividade", disse o líder da equipe, Professor Richard Mildren.

Este resultado é um passo crítico para abordar os desafios de tornar o diamante um material viável para semicondutores. As propriedades únicas dos diamantes, incluindo alta condutividade térmica e resistência à quebra elétrica, o tornam um candidato ideal para dispositivos eletrônicos de alta potência e alta frequência .

A técnica não é apenas precisa, mas também rápida. Em experimentos atuais, o laser removeu 1% de uma monocamada em apenas 0,2 milissegundos. Isso o torna um candidato promissor para aplicações industriais de larga escala, como processamento de wafer.

"Mostramos que o processo é rápido e escalável", acrescenta o Dr. Moshkani. "É uma opção atraente para indústrias que exigem processamento avançado de materiais."

Além da eletrônica, essa descoberta tem implicações de longo alcance para tecnologias quânticas. As superfícies de diamante desempenham um papel crítico na estabilização de estados quânticos, como aqueles usados em computadores quânticos. A capacidade de projetar superfícies de diamante com precisão atômica pode se tornar uma ferramenta essencial para pesquisadores e para a indústria.

"Este é apenas o começo", diz o Professor Mildren. "Estamos animados para explorar como esta técnica pode ser otimizada ainda mais para desbloquear todo o potencial dos diamantes em eletrônica, tecnologias quânticas e além."