Selon une étude internationale menée par l’UCL et des scientifiques hongrois, les ondes de choc causées par la collision d’astéroïdes avec la Terre créent des matériaux avec une gamme de structures de carbone complexes, qui pourraient être utilisées pour faire progresser les futures applications d’ingénierie.
Publié aujourd’hui dans Actes de l’Académie nationale des sciencesl’équipe de chercheurs a découvert que les diamants formés lors d’une onde de choc à haute énergie provenant d’une collision d’astéroïdes il y a environ 50 000 ans ont des propriétés uniques et exceptionnelles, causées par les températures élevées à court terme et la pression extrême.
Les chercheurs affirment que ces structures peuvent être ciblées pour des applications mécaniques et électroniques avancées, nous donnant la possibilité de concevoir des matériaux non seulement ultra-durs mais également malléables avec des propriétés électroniques accordables.
Pour l’étude, des scientifiques du Royaume-Uni, des États-Unis, de Hongrie, d’Italie et de France ont utilisé des examens cristallographiques et spectroscopiques de pointe détaillés de la lonsdaleite minérale de la météorite de fer Canyon Diablo découverte pour la première fois en 1891 dans le désert de l’Arizona.
Nommée d’après la cristallographe britannique pionnière, le professeur Dame Kathleen Lonsdale, la première femme professeur à l’UCL, la lonsdaleite était auparavant considérée comme constituée de diamant hexagonal pur, ce qui la distinguait du diamant cubique classique. Cependant, l’équipe a découvert qu’il est en fait composé de diamants nanostructurés et d’intercroissances de type graphène (où deux minéraux dans un cristal poussent ensemble) appelés diaphites. L’équipe a également identifié des défauts d’empilement, ou « erreurs » dans les séquences des motifs répétitifs des couches d’atomes.
L’auteur principal, le Dr Péter Németh (Institut de recherche géologique et géochimique, RCAES), a déclaré : « Grâce à la reconnaissance des différents types d’intercroissance entre les structures de graphène et de diamant, nous pouvons nous rapprocher de la compréhension des conditions de pression-température qui se produisent lors des impacts d’astéroïdes. «
L’équipe a découvert que la distance entre les couches de graphène est inhabituelle en raison des environnements uniques d’atomes de carbone se produisant à l’interface entre le diamant et le graphène. Ils ont également démontré que la structure diaphite est responsable d’une caractéristique spectroscopique jusque-là inexpliquée.
Le co-auteur de l’étude, le professeur Chris Howard (UCL Physics & Astronomy) a déclaré : « C’est très excitant puisque nous pouvons désormais détecter les structures de diaphite dans le diamant en utilisant une technique spectroscopique simple sans avoir besoin d’une microscopie électronique coûteuse et laborieuse.
Selon les scientifiques, les unités structurelles et la complexité rapportées dans les échantillons de lonsdaleite peuvent se produire dans une large gamme d’autres matériaux carbonés produits par choc et compression statique ou par dépôt à partir de la phase vapeur.
Le co-auteur de l’étude, le professeur Christoph Salzmann (chimie de l’UCL), a déclaré : « Grâce à la croissance contrôlée des couches de structures, il devrait être possible de concevoir des matériaux à la fois ultra-durs et ductiles, ainsi que des propriétés électroniques ajustables d’un conducteur à un isolant.
« La découverte a donc ouvert la porte à de nouveaux matériaux carbonés dotés de propriétés mécaniques et électroniques intéressantes qui pourraient déboucher sur de nouvelles applications allant des abrasifs et de l’électronique à la nanomédecine et à la technologie laser. »
En plus d’attirer l’attention sur les propriétés mécaniques et électroniques exceptionnelles des structures de carbone rapportées, les scientifiques remettent également en question la vision structurelle simpliste actuelle du minéral appelé lonsdaleite.
Les chercheurs sont également reconnaissants au regretté co-auteur, le professeur Paul McMillan, qui était titulaire de la chaire de chimie Sir William Ramsay à l’UCL, pour avoir réuni l’équipe, son enthousiasme inlassable pour ce travail et ses contributions durables au domaine de la recherche sur les diamants.
Matériaux de carbone formés par choc avec des unités nanostructurées liées sp3 et sp2 imbriquées, Actes de l’Académie nationale des sciences (2022). DOI : 10.1073/pnas.2203672119