Des lasers transforment le plastique en nanodiamants intacts

Chaque tir laser de l'expérience allemande produit environ 10 000 milliards de nanodiamants. Dans une station de l'Extreme Light Infrastructure (ELI), au sud de Prague, un laser tire trois fois par minute sur un film plastique de seulement 100 micromètres d'épaisseur. Chaque impulsion envoie une onde de choc à travers le film, comprime le plastique à des pressions d'environ 100 gigapascals, soit environ 14,5 millions de livres (6,6 millions de kg) par pouce carré, et forme des diamants qui sont projetés vers un cylindre collecteur. Ces travaux émanent du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) et de l'université de Rostock ; ils sont partis d'expériences reproduisant les conditions à l'intérieur de Neptune et d'Uranus, où les températures atteignent plusieurs milliers de degrés Celsius. Au départ, l'équipe ne pouvait détecter les cristaux que brièvement. Dominik Kraus, de l'institut HEDI du HZDR, a déclaré que l'équipe s'attendait à la formation de nanodiamants, mais que la rapidité du phénomène l'avait surprise.

L'obstacle véritable était l'atterrissage. Lorsque l'onde de compression quitte l'échantillon et pénètre dans le vide, elle accélère les diamants au-delà de 22 000 mph (35 400 km/h, soit 10 kilomètres par seconde), une vitesse comparable à celle d'un impact de météorite. La solution fut un milieu très mou : un gel ionique soluble dans l'eau, qui fonctionne dans le vide. Le gel a capturé les particules, et l'équipe a pu ensuite les rincer et les examiner. À l'université de Rostock, un microscope électronique ELMI-MV, capable de résoudre des atomes individuels, a confirmé leur taille et leur structure. Ben Heuser, du HZDR, premier auteur de l'étude, a qualifié de « moment particulier pour lequel nous travaillions depuis des années » le fait de voir directement les diamants purifiés. La production reste modeste : quelques centaines de microgrammes ont nécessité environ 100 tirs.

L'intérêt tient à ce que la méthode change. Des diamants plus petits offrent davantage de surface pour une même quantité de matière, ce qui, selon les chercheurs, pourrait en faire de meilleurs catalyseurs, par exemple pour la dissociation du CO2 grâce à la lumière solaire. Partir du plastique facilite aussi l'ajout d'autres éléments au cristal, pour l'adapter à des usages précis, comme l'amélioration des agents de contraste utilisés en IRM. Les chercheurs évoquent également l'utilisation des diamants dans les capteurs quantiques. Ces applications restent au stade de propositions ; l'étude elle-même rapporte un résultat de laboratoire.

Les chercheurs visent l'ordre du milligramme, une quantité comparable à celle de la production conventionnelle, et affirment que des lasers plus économes en énergie, issus de la recherche sur la fusion, pourraient tirer des impulsions puissantes plus souvent et rendre le procédé extensible. Aucune date de production commerciale n'est annoncée. L'équipe entend aussi utiliser la même compression laser pour fabriquer le BC8, une forme de carbone qui n'existe pour l'instant qu'en théorie et qui devrait être plus dense que le diamant, tout aussi dure et moins cassante. Sa formation exige des conditions qui n'existent pas naturellement sur Terre ; la première tentative, à des pressions plus élevées, est prévue pour novembre. L'étude a d'abord été publiée dans Diamond and Related Materials.