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Each laser shot in the German experiment produced about 10 trillion nanodiamonds. At a station of the Extreme Light Infrastructure (ELI) south of Prague, a laser fires three times per minute at a plastic film only 100 micrometers thick. Each pulse sends a shock wave through the film, compresses the plastic to pressures around 100 gigapascals, or roughly 14.5 million pounds per square inch, and forms diamonds that are flung toward a collection cylinder. The work comes from the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) and the University of Rostock, and it began with experiments that imitate conditions inside Neptune and Uranus, where temperatures reach several thousand degrees Celsius. The team could at first detect the crystals only briefly. Dominik Kraus of HZDR's HEDI Institute said the team expected nanodiamonds to form, but that the speed surprised them.
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.
The real obstacle was the landing. When the compression wave leaves the sample and enters the vacuum, it accelerates the diamonds past 22,000 mph (10 kilometers per second), a speed comparable to a meteorite impact. The solution was a very soft medium: a water-soluble ionic gel that works in a vacuum. The gel caught the particles, and the team could then wash them out and examine them. At the University of Rostock, an ELMI-MV electron microscope, which can resolve individual atoms, confirmed their size and structure. Ben Heuser of HZDR, the study's primary author, called seeing the purified diamonds directly "a special moment we had been working towards for years." The output is still small: a few hundred micrograms took roughly 100 shots.
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.
The interest lies in what the method changes. Smaller diamonds offer more surface area for a given amount of material, which the researchers believe could make them better catalysts, for example in splitting CO2 with sunlight. Starting from plastic also makes it easier to add other elements to the crystal, tailoring it for specific jobs such as improving contrast agents used in MRI scans. The researchers also point to the diamonds' use in quantum sensors. Those applications remain at the stage of proposals; the study itself reports a laboratory result.
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.
The researchers aim to reach the milligram range, a quantity comparable to conventional production, and they say that more energy-efficient lasers from fusion research could fire powerful pulses more often and make the process scalable. No date for commercial output is given. The team also intends to use the same laser compression to make BC8, a form of carbon that so far exists only in theory and is expected to be denser than diamond, similarly hard and less brittle. Forming it requires conditions that do not occur naturally on Earth, so the first attempt, at higher pressures, is planned for November. The study was first published in Diamond and Related Materials.
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.