Les scientifiques ont créé le premier diamant météorite important – également connu sous le nom de diamant lonsdaleite ou hexagonal – un matériau prédit d’être encore plus dur que les diamants normalement trouvés sur Terre.
La technique à haute pression et à haute température a créé de minuscules disques de ce diamant ultrahard qui pourraient finalement remplacer les diamants conventionnels dans des applications telles que les outils de forage et l’électronique, les scientifiques ont rapporté le 30 juillet dans la revue Nature.
Les diamants détiennent le record pour le substance naturelle la plus difficile du monde. Chaque atome de carbone dans la structure moléculaire à répétition infiniment forme quatre liaisons de longueur égale à d’autres atomes de carbone, chacune séparée par un angle de 109,5 degrés, pour créer un réseau sans fin de tétraèdre parfait. Vue du côté, cette structure semble contenir trois couches répétitives d’atomes de carbone (marqués A, B et C), et cela donne au diamant quels cristallographes appellent une structure cristalline cubique centrée sur le visage.
Dans les années 1960, cependant, une structure subtilement différente de diamant a été proposée, avec de petits cristaux impurs de cette structure découverts par la suite dans le canyon diablo météorite, qui s’est écrasé dans le désert de l’Arizona il y a environ 50 000 ans.
Contrairement au diamant cubique, cette forme contient deux longueurs de liaison différentes – une légèrement plus longue que dans le diamant normal et une légèrement plus courte. Les atomes de carbone sont toujours organisés en plans sans fin de tétraède. Mais cette fois, lorsqu’il est vu de côté, la structure ne contient que deux couches répétitives (étiquetées A et B). Ce léger changement dans les couches de carbone donne au diamant de météorite une structure hexagonale, que les scientifiques théorisent Stimulez la dureté du solide de 58%.
Mais préparer des échantillons de cette structure hexagonale suffisamment grande pour analyser a été difficile. De plus, la présence d’autres formes de carbone contaminantes dans l’échantillon de météorite d’origine – y compris le graphite, le diamant cubique et le carbone amorphe – a conduit beaucoup à douter si le diamant hexagonal existe.
Inspiré par le fragment météorique du canyon diablo, Wenge Yang et des collègues du Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research in Beijing, ont cherché à reproduire les conditions intenses d’un impact avec la Terre dans le laboratoire, développant une synthèse à haute pression et à haute température à l’aide d’une cellule d’enclume de diamant, un équipement qui écrase un échantillon entre deux surfaces aplaties en diamant. À partir d’une autre forme de carbone, du graphite purifié, ils ont lentement et soigneusement comprimé le matériau, fixant les atomes décalés en place avec une chaleur ciblée d’un laser.
« Aux pressions d’environ 20 GPA (200 000 atmosphères), les couches plates en carbone de graphite sont obligées de glisser et de se lier avec des couches adjacentes, formant un nid d’abeille en carbone bouclé caractéristique du diamant hexagonal », a déclaré Yang à Live Science dans un e-mail. « Le chauffage au laser au-dessus de 1400 ° C (2552 Fahrenheit) facilite cette transition. » Une fois que ces tétraèdres déformés de diamant hexagonal s’étaient formés, l’équipe a lentement libéré la pression, garantissant que le nouveau cristal ne se retournait pas spontanément en graphite.
L’équipe a ensuite utilisé des techniques puissantes pour visualiser la structure cristalline et confirmer sa réussite. Bien que le disque cristallin soit resté quelque peu impur, contenant des fragments aléatoires de diamant cubique, les images au microscope électronique ont clairement montré ses couches de carbone AB, et la cristallographie aux rayons X a révélé la structure hexagonale.
« C’est une bonne première démonstration », a déclaré Soumen Mandalun physicien spécialisé dans les applications de Diamond à l’Université de Cardiff au Royaume-Uni, qui n’a pas été impliqué dans l’étude. « Maintenant, nous avons besoin de cristaux purs et de plus de matériaux pour commencer à explorer ses propriétés physiques et mécaniques, ses propriétés thermiques, ses propriétés électriques, tous. »
Les tests de dureté nécessitent généralement des échantillons plus importants que ceux de l’équipe de Yang, selon l’étude. Cependant, ils ont confirmé que le nouveau matériau était au moins aussi dur que les espoirs de Diamondsl et Yang ordinaires et les espoirs ultérieurs avec des cristaux plus grands et plus purs fourniront bientôt une réponse en béton.
L’équipe aimerait finalement voir le diamant hexagonal commencer à remplacer le diamant conventionnel dans les technologies industrielles telles que les machines de précision, l’électronique haute performance, les technologies quantiques et les systèmes de gestion thermique, bien que de telles applications puissent encore être à 10 ans.
« Dans l’attente, notre objectif est de produire des échantillons de diamants hexagonaux de haute qualité plus importants adaptés aux applications du monde réel », a-t-il déclaré. « Ces efforts aideront à adapter les propriétés de Hexagonal Diamond pour des applications spécifiques et à ouvrir la voie à son adoption industrielle. »
