Um grupo de pesquisa liderado pelo NIMS teve sucesso no desenvolvimento de um cantilever de diamante de alta qualidade com os valores de fator de qualidade (Q) mais altos já alcançados em temperatura ambiente. O grupo também teve sucesso pela primeira vez no mundo no desenvolvimento de um chip sensor de sistemas microeletromecânicos de diamante de cristal único (MEMS) que pode ser acionado e detectado por sinais elétricos. Essas conquistas podem popularizar a pesquisa sobre MEMS de diamante com sensibilidade significativamente maior e maior confiabilidade do que os MEMS de silício existentes.

Em sensores MEMS, cantiléveres microscópicos (feixes de projeção fixados em apenas uma extremidade) e circuitos eletrônicos são integrados em um único substrato. Eles têm sido usados ​​em sensores de gás, analisadores de massa e sondas de microscopia de varredura. Para aplicação prática em uma ampla variedade de campos, incluindo prevenção de desastres e remédios, eles exigem maior sensibilidade e confiabilidade.

A constante elástica e a constante mecânica do diamante estão entre as mais altas de qualquer material, tornando-o promissor para uso no desenvolvimento de sensores MEMS altamente confiáveis ​​e sensíveis. Contudo, a microfabricação tridimensional do diamante é difícil devido à sua dureza mecânica. O grupo de pesquisa desenvolveu um método de fabricação de "corte inteligente" que permitiu o microprocessamento de diamante usando feixes de íons e conseguiu fabricar um cantilever de diamante de cristal único em 2010. No entanto, o fator de qualidade do cantilever de diamante foi semelhante ao dos cantilevers de silício existentes devido à presença de defeitos de superfície.

O grupo de pesquisa posteriormente desenvolveu uma nova técnica que permite a gravação em escala atômica de superfícies de diamante. Esta técnica de corrosão permitiu ao grupo remover defeitos na superfície inferior do cantilever de diamante de cristal único fabricado usando o método de corte inteligente. O cantilever resultante exibiu valores do fator Q - um parâmetro usado para medir a sensibilidade de um cantilever - maiores que um milhão; entre as mais altas do mundo. O grupo então formulou um novo conceito de dispositivo MEMS:integração simultânea de um cantilever, um circuito eletrônico que oscila o cantilever e um circuito eletrônico que detecta a vibração do cantilever. Finalmente, o grupo desenvolveu um chip MEMS de diamante de cristal único que pode ser acionado por sinais elétricos e demonstrou com sucesso sua operação pela primeira vez. O chip exibiu alto desempenho e sensibilidade, operando em baixas tensões e em temperaturas de até 600 ° C.

Esses resultados podem acelerar a pesquisa sobre tecnologia fundamental vital para a aplicação prática de chips MEMS de diamante e o desenvolvimento de chips extremamente sensíveis, alta velocidade, sensores compactos e confiáveis ​​capazes de distinguir massas que diferem por serem tão leves quanto uma única molécula.