Алмаз ценен не только как драгоценный камень. Он хорошо проводит тепло, выдерживает высокие напряжения и прозрачен в видимом свете, поэтому перспективен для мощной электроники, оптики и отвода тепла от чипов. Но исключительная твёрдость мешает превращать его в тонкие пластины нужной формы.

В последние годы для резки алмаза начали применять лазеры. Сфокусированный луч создаёт внутри кристалла микроскопические изменения, которые направляют рост трещины. Однако учёные пока плохо понимают, как на такое воздействие реагируют алмазы, выращенные разными способами.

Исследование, опубликованное 1 ноября 2026 года в журнале Diamond and Related Materials, провела группа под руководством профессора Хирофуми Хидаи из Университета Чиба (Япония). Вместе с Махиро Икено они изучали, как различные лабораторные алмазы откликаются на ультракороткие лазерные импульсы, чтобы найти практический способ резки крупных кристаллов.

Сначала сравнили три монокристалла: один выращен методом высокого давления и высокой температуры (HPHT), два других - методом химического осаждения из газовой фазы (CVD). Уровень азотных примесей у них различался. Образцы облучали сфокусированными импульсами длительностью от 233 фемтосекунд (фс; одна фс - миллионная доля наносекунды) до 30 пикосекунд (пс; одна пс - тысячная доля наносекунды). Затем с помощью микроскопии, спектроскопии и анализа изображений изучали размер, форму и непрерывность изменённых областей.

Алмазы повели себя по-разному. CVD-образцы удавалось модифицировать гораздо более короткими импульсами, чем HPHT-алмаз. У CVD-кристаллов самые короткие импульсы оставляли крошечные раздельные отметины, а импульсы около 10 пс и длиннее создавали более протяжённые области. Содержание азота само по себе не объясняло различий - вероятно, важную роль играют микроскопические дефекты, связанные с условиями роста каждого кристалла. Кроме того, у CVD-алмазов изменения оказались менее стабильными и более разнообразными по форме.

Опираясь на эти данные, исследователи воздействовали импульсами длительностью 10 пс на CVD-алмаз размером 8 на 8 мм, создавая изменённые зоны в виде упорядоченной сетки. Они не пытались сразу получить полную сеть трещин, а постепенно добавляли новые области между уже существующими. После четырёх таких этапов кристалл легко раскололся вдоль плоскости {100} от лёгкого касания пинцетом. Эта плоскость считается самой удобной для полировки, что важно для практики.

Площадь полученной пластины 8 на 8 мм примерно в 710 раз превысила площадь HPHT-алмаза размером 300 мкм, изготовленного в предыдущей работе. Это заметный шаг к созданию крупных алмазных подложек для оптики и электроники.

По словам Хидаи, метод может найти применение при производстве алмазных подложек и компонентов: оптических окон для мощных лазеров в литографических системах, теплоотводов для продвинутых чипов, включая ИИ-ускорители, и силовых полупроводников на основе алмаза. Учёные считают, что процесс можно масштабировать для промышленности - это снизит затраты и повысит эффективность использования материала. В перспективе алмазные силовые приборы помогут сократить потери энергии в дата-центрах, энергосистемах и электромобилях.

Следует подчеркнуть: исследование демонстрирует возможность резки, но не доказывает, что технология уже готова к массовому внедрению. Авторы лишь предлагают направление для дальнейшего развития.

Источник: Phys.org