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Image d'illustration Pixabay
La technique employée combine haute pression et haute température pour produire de petits disques de ce diamant ultra-dur. Publiés dans Nature, ces résultats pourraient révolutionner des domaines comme l'électronique ou la fabrication d'outils de forage. Les diamants traditionnels, réputés pour leur dureté, pourraient ainsi être remplacés.
La structure moléculaire des diamants ordinaires est basée sur des atomes de carbone formant des tétraèdres parfaits. Cette organisation, dite cubique à faces centrées, est ce qui confère au diamant sa résistance exceptionnelle. La lonsdaleite, quant à elle, présente une structure hexagonale, avec des couches de carbone disposées différemment.
L'équipe de Wenge Yang a reproduit en laboratoire les conditions extrêmes d'un impact météoritique pour synthétiser ce diamant hexagonal. En comprimant du graphite purifié à des pressions équivalentes à 200 000 atmosphères et en le chauffant au laser, ils ont obtenu ce matériau prometteur. Malgré la présence d'impuretés, les analyses ont confirmé la structure hexagonale.
Différences structurelles entre le diamant cubique (gauche) et le diamant hexagonal (droite).
Crédit: Ralf Riedel
Les applications potentielles de la lonsdaleite sont vastes, allant de l'électronique haute performance aux technologies quantiques. Cependant, la production de cristaux plus grands et plus purs est nécessaire pour exploiter pleinement ses propriétés. Les chercheurs estiment que son adoption industrielle pourrait prendre une dizaine d'années.
Qu'est-ce que la lonsdaleite ?
La lonsdaleite est une forme de diamant avec une structure cristalline hexagonale, différente de la structure des diamants ordinaires. Elle a été initialement identifiée dans des météorites, où elle se forme sous l'effet de pressions et températures extrêmes.
Cette variante de diamant est théoriquement plus dure que le diamant cubique classique, grâce à sa disposition atomique unique. Les atomes de carbone sont arrangés en couches alternées, ce qui pourrait offrir une résistance accrue aux déformations.
La synthèse de la lonsdaleite en laboratoire représente une avancée significative. Elle permet d'étudier ses propriétés sans dépendre de rares échantillons météoritiques, ouvrant la voie à des applications industrielles.
Malgré ces progrès, des problématiques persistent, comme la production de cristaux purs et de taille suffisante. Ces obstacles doivent être surmontés pour que la lonsdaleite puisse être utilisée à grande échelle.
Comment synthétise-t-on la lonsdaleite ?
La synthèse de la lonsdaleite nécessite des conditions extrêmes, similaires à celles rencontrées lors d'un impact météoritique. Les chercheurs utilisent une cellule à enclume de diamant pour générer des pressions colossales, combinées à un chauffage laser.
Le processus commence avec du graphite purifié, une forme de carbone moins dense. Sous pression, les couches de graphite se réarrangent pour former la structure hexagonale caractéristique de la lonsdaleite.
La maîtrise de ces paramètres est cruciale pour éviter la formation d'un diamant cubique classique ou d'impuretés. Les chercheurs ajustent soigneusement la pression et la température pour favoriser la formation de lonsdaleite.
Cette méthode de synthèse offre un contrôle précis sur la formation du matériau. Elle constitue une étape vers la production de lonsdaleite pour des applications pratiques.