Laser “ukiran” berlian: menaklukkan material terkeras dengan cahaya

Berlianadalah zat terkeras di alam, tetapi bukan hanya perhiasan. Material ini memiliki konduktivitas termal lima kali lebih cepat daripada tembaga, dapat menahan panas dan radiasi ekstrem, dapat mentransmisikan cahaya, mengisolasi, dan bahkan dapat diubah menjadi semikonduktor. Namun, "kekuatan super" inilah yang menjadikan berlian material "paling sulit" untuk diproses – alat tradisional tidak dapat memotongnya atau meninggalkan retakan. Baru pada masa teknologi laser, manusia akhirnya menemukan kunci untuk menaklukkan "raja material" ini.

Mengapa laser dapat “memotong” berlian?

Bayangkan menggunakan kaca pembesar untuk memfokuskan sinar matahari agar kertas terbakar. Prinsip pemrosesan laser berlian serupa, tetapi lebih presisi. Ketika sinar laser berenergi tinggi menyinari berlian, terjadi "metamorfosis atom karbon" mikroskopis:

1. Berlian berubah menjadi grafit: Energi laser mengubah struktur permukaan berlian (sp³) menjadi grafit yang lebih lunak (sp²), seperti berlian yang langsung “merosot” menjadi isi pensil.

2. Grafit "diuapkan": lapisan grafit menyublim pada suhu tinggi atau tergores oleh oksigen, meninggalkan jejak pemrosesan yang presisi. 3. Terobosan utama: cacat. Secara teori, berlian sempurna hanya dapat diproses dengan laser ultraviolet (panjang gelombang <229 nm), tetapi kenyataannya, berlian buatan selalu memiliki cacat kecil (seperti pengotor dan batas butir). Cacat ini seperti "lubang" yang memungkinkan cahaya hijau biasa (532 nm) atau laser inframerah (1064 nm) diserap. Para ilmuwan bahkan dapat "memerintahkan" laser untuk mengukir pola tertentu pada berlian dengan mengatur distribusi cacat.

Jenis laser: Evolusi dari “tungku” menjadi “pisau es”

Pemrosesan laser menggabungkan sistem kendali numerik komputer, sistem optik canggih, dan pemosisian benda kerja otomatis berpresisi tinggi untuk membentuk pusat pemrosesan riset dan produksi. Jika diterapkan pada pemrosesan berlian, proses ini dapat mencapai pemrosesan yang efisien dan presisi tinggi.

1. Pemrosesan laser mikrodetik. Lebar pulsa laser mikrodetik lebar dan biasanya cocok untuk pemrosesan kasar. Sebelum munculnya teknologi penguncian mode, pulsa laser sebagian besar berada dalam rentang mikrodetik dan nanodetik. Saat ini, hanya ada sedikit laporan tentang pemrosesan berlian langsung dengan laser mikrodetik, dan sebagian besar berfokus pada bidang aplikasi pemrosesan back-end.

2. Pemrosesan laser nanodetik. Laser nanodetik saat ini menempati pangsa pasar yang besar dan memiliki keunggulan stabilitas yang baik, biaya rendah, dan waktu pemrosesan yang singkat. Laser ini banyak digunakan dalam produksi perusahaan. Namun, proses ablasi laser nanodetik bersifat merusak secara termal terhadap sampel, dan manifestasi makroskopisnya adalah pemrosesan tersebut menghasilkan zona terpengaruh panas yang besar.

3. Pemrosesan laser pikodetik Pemrosesan laser pikodetik merupakan perpaduan antara ablasi kesetimbangan termal laser nanodetik dan pemrosesan dingin laser femtodetik. Durasi pulsa berkurang secara signifikan, sehingga sangat mengurangi kerusakan akibat zona yang terpengaruh panas.

4. Pemrosesan laser femtodetik. Teknologi laser ultra-cepat menghadirkan peluang untuk pemrosesan berlian halus, tetapi tingginya biaya dan biaya perawatan laser femtodetik membatasi promosi metode pemrosesan. Saat ini, sebagian besar penelitian terkait masih dalam tahap laboratorium.

Kesimpulan

Dari “tidak dapat memotong” menjadi “mengukir sesuka hati”, teknologi laser telah membuatberlian Bukan lagi "vas" yang terperangkap di laboratorium. Dengan iterasi teknologi, di masa depan kita mungkin akan melihat: kepingan berlian yang menghilangkan panas di ponsel, komputer kuantum yang menggunakan berlian untuk menyimpan informasi, dan bahkan biosensor berlian yang ditanamkan ke dalam tubuh manusia… Tarian cahaya dan berlian ini sedang mengubah hidup kita.