Plus dur que le diamant

Le diamant, associant des propriétés physiques et chimiques uniques telles que la dureté, une conductivité thermique élevée, une importante largeur de bandelargeur de bande interdite, une forte mobilité des électrons et des cavités et une grande inertieinertie chimique, est utilisé dans le cadre d'un large éventail d'applicationsapplications scientifiques et technologiques modernes. Par ailleurs, la demande de matériaux similaires au diamant et destinés à une application dans le secteur de l'électronique est en hausse.

Bien que la microélectronique basée sur les diamants ait peu de chances de se substituer totalement au siliciumsilicium, les appareils reposant sur l'emploi de diamants pourraient fonctionner là où l'électronique-silicium échoue : les éclats de diamant pourraient potentiellement continuer à fonctionner à des températures pouvant atteindre plusieurs centaines de degrés, alors que les appareils s'appuyant sur le silicium cessent généralement de fonctionner au dessus de 450 KelvinKelvin. Les applications électrochimiques des films basés sur les diamants, qui ont fait l'objet de développements significatifs ces quelques dernières années, sont considérées comme un domaine de recherche prometteur. Le diamant pur est un isolant parfait qui conduit très mal l'électricité. Mais, tout comme le silicium, il peut être transformé en semi-conducteursemi-conducteur par des traces d'impuretés de borebore ou d'azoteazote.

Le diamant doit sa dureté au fait que chaque atomeatome de carbonecarbone est relié à quatre autres atomes par de puissantes liaisons covalentesliaisons covalentes. Le nouveau matériaumatériau est différent en cela qu'il se compose de minuscules baguettes de diamants imbriquées. Chaque baguette représente un cristal faisant de 5 à 20 nanomètresnanomètres de diamètre et environ 1 micronmicron de long. La dureté d'un matériau se définit par sa résistancerésistance à la pénétration de sa surface par un autre matériau et se mesure par son module de compressibilité isotherme. Le module de compressibilité indique les variations en termes de volumevolume d'une substance solidesolide lorsque la pressionpression dont celle-ci fait l'objet est modifiée. Les nanobaguettes de diamants agrégées affichent un module de 491 gigapascals (GPa), contre 442 GPa pour un diamant conventionnel.

L'équipe a mis au point les ADNR en comprimant les moléculesmolécules de carbone 60 jusqu'à ce qu'elles atteignent 20 GPa, soit pratiquement 200 fois la pression atmosphériquepression atmosphérique, tout en les chauffant jusqu'à 2.500 Kelvin. Selon le docteur Dubrovinskaia, "la synthèse a été possible grâce à la presse multi-enclume unique de 5.000 tonnes du Bayerisches Geoinstitut de Bayreuth, qui est capable d'atteindre simultanément une pression de 25 GPa et une température de 2.700 Kelvin". Le Bayerisches Geoinstitut reçoit actuellement un financement de quatre ans au titre du programme communautaire Infrastructures de recherche.

Les propriétés des échantillons ont été mesurées à l'aide d'une cellule d'enclume de diamant - un appareil capable de générer des pressions pouvant pratiquement atteindre celles du centre de la Terre - situé dans les locaux de l'Installation européenne de rayonnement synchotron à Grenoble (France). Ces mesures ont indiqué que la densité des ADNR est environ 0,3 pour cent supérieure à celle du diamant, et que le nouveau matériau enregistre la compressibilité la plus faible de tous les matériaux connus.

En plus d'étudier les raisons de cette dureté du nouveau matériau, l'équipe de Bayreuth espère tirer parti de son potentiel industriel. Le docteur Dubrovinskaia et deux de ses collègues ont breveté le processus permettant de fabriquer le nouveau matériau. "Nous avons développé un concept destiné à une technologie innovante afin de produire un matériau nouveau en quantités industrielles et nous recherchons désormais des partenaires pour concrétiser nos idées", a-t-elle déclaré.