En utilisant des lasers pour chauffer des matériaux à des températures extrêmement élevées, les scientifiques de l’université de Stanford ont trouvé une nouvelle façon de produire des diamants synthétiques à partir de molécules présentes dans le pétrole brut et le gaz naturel. Explications.
« Nous souhaitions créer un système dans lequel une seule substance se transforme en diamant pur, sans catalyseur »
Les diamants « naturels » prennent forme à des centaines de kilomètres sous la surface de la Terre, sous une chaleur et une pression extrêmes qui entraînent la cristallisation du carbone. Depuis des décennies, les chercheurs étudient différentes façons d’obtenir synthétiquement ces pierres précieuses, mais jusqu’à récemment, il fallait des quantités massives d’énergie ainsi que des catalyseurs pour que la transformation ait lieu. Les chercheurs de la School of Earth, Energy & Environmental Sciences de Stanford se sont donc efforcés de trouver une méthode plus simple pour y parvenir, qui a été présentée dans la revue Science Advances.
« Nous souhaitions créer un système dans lequel une seule substance se transforme en diamant pur, sans catalyseur », avance Sulgiye Park, qui a supervisé les recherches. Pour fabriquer leurs nouveaux diamants synthétiques, les scientifiques se sont penchés sur des poudres raffinées issues du pétrole. En inspectant ces matériaux à l’aide d’un puissant microscope, l’équipe a observé des groupements d’atomes organisés de la même manière que ceux composant les cristaux de diamant, qui se présentaient comme des structures à une, deux ou trois cages.
À la différence des diamants classiques, constitués uniquement de carbone, ces différents « diamantoïdes » contiennent également de l’hydrogène.
Des applications potentielles nombreuses
L’équipe a ensuite placé ces diamantoïdes dans une cellule à enclumes de diamants, un dispositif utilisé pour générer des pressions extrêmes et produire des matériaux ultra-durs. Ceux-ci ont ensuite été chauffés par un laser, et à la suite d’une série de tests et de simulations, l’équipe a découvert que le diamantoïde à trois cages pouvait être transformer en diamant pur avec un minimum d’énergie. Soumis à une température d’environ 627 °C et une pression de 20 gigapascals durant une fraction de seconde, les atomes de carbone du diamantoïde à trois cages se sont rapidement alignés et l’hydrogène a disparu.
Bien que cette technique ne permette pour l’heure que de produire des fragments de diamant, son véritable intérêt réside dans les connaissances qu’elle permet d’acquérir sur la manière dont ces pierres précieuses peuvent être formées synthétiquement. Et les applications en découlant seraient loin de se limiter uniquement à la joaillerie : adapter la dureté, la transparence, la stabilité chimique, la conductivité thermique et d’autres attributs uniques de ce type de diamants pourrait les rendre utiles aux scientifiques dans des domaines allant de la médecine à la biologie, en passant par l’informatique quantique.
« Si vous pouvez fabriquer synthétiquement ne serait-ce que de petites quantités de diamant pur, vous pouvez alors les améliorer de façon contrôlée pour des applications spécifiques », conclut Yu Lin, co-auteure de l’étude.
