Une équipe de scientifiques australiens et américains a créé deux types de diamant – le diamant ordinaire et une phase semblable au diamant appelée lonsdaleite, que l’on trouve dans la nature sur les sites d’impact des météorites – en quelques minutes dans un laboratoire à température ambiante, un processus qui nécessite normalement des milliards d’années, d’énormes quantités de pression et des températures extrêmement élevées.
McCulloch et al. ont créé des “rivières” de diamant ordinaire et de lonsdaleite, du nom de la cristallographe Dame Kathleen Lonsdale, première femme élue membre de la Royal Society. La lonsdaleite a une structure cristalline différente de celle du diamant ordinaire et devrait être 58 % plus dure. Crédit image : McCulloch et al., doi : 10.1002/smll.202004695.
Le diamant est un matériau attractif en raison de son extrême dureté, de sa haute conductivité thermique, de ses applications optiques quantiques et biomédicales.
Il y a encore beaucoup de choses qui ne sont pas comprises sur la façon dont les diamants se forment, en particulier à température ambiante et sans catalyseurs.
“Les diamants naturels se forment généralement au cours de milliards d’années, à environ 150 km de profondeur dans la Terre, où il y a de fortes pressions et des températures supérieures à 1 000 degrés Celsius”, a déclaré l’auteur principal, le professeur Jodie Bradby, chercheur à l’école de recherche en physique de l’Université nationale australienne.
Dans cette nouvelle étude, le professeur Bradby, le professeur Dougal McCulloch du RMIT et leurs collègues ont utilisé des techniques avancées de microscopie électronique pour capturer des tranches solides et intactes des échantillons expérimentaux afin de créer des instantanés de la façon dont le diamant nanocristallin et la lonsdaleite se sont formés.
“Nos images ont montré que les diamants réguliers ne se forment qu’au milieu des veines de lonsdaleite avec cette nouvelle méthode développée par notre équipe”, a déclaré le professeur McCulloch.
“Voir ces petites ‘rivières’ de lonsdaleite et de diamant régulier pour la première fois était tout simplement étonnant et nous aide vraiment à comprendre comment ils pourraient se former.”
L’équipe avait précédemment créé la lonsdaleite, également appelée diamant hexagonal, en laboratoire uniquement à haute température.
Mais leurs nouveaux résultats montrent que la lonsdaleite et le diamant ordinaire peuvent également se former à des températures ambiantes normales en appliquant simplement des pressions élevées de 100 GPa.
“Le rebondissement de l’histoire réside dans la manière dont nous appliquons la pression”, a déclaré le professeur Bradby.
“En plus des très hautes pressions, nous permettons au carbone de subir ce que l’on appelle un ‘cisaillement’, c’est-à-dire une force de torsion ou de glissement.”
“Nous pensons que cela permet aux atomes de carbone de se mettre en place et de former la lonsdaleite et le diamant ordinaire.”
“La lonsdaleite a le potentiel d’être utilisée pour couper à travers des matériaux ultra-solides sur les sites miniers”, a-t-elle déclaré.
“Créer davantage de ce diamant rare mais super utile est l’objectif à long terme de ce travail”.
“Être capable de fabriquer deux types de diamants à température ambiante était passionnant à réaliser pour la première fois dans notre laboratoire”, a déclaré le coauteur Xingshuo Huang, un étudiant en doctorat à l’école de recherche en physique de l’Université nationale australienne.
La recherche est décrite dans un article paru dans le journal Small.
