Des chercheurs ont repoussé les limites de la science des matériaux avec la découverte d’une forme de carbone extrêmement résistante, le BC8, potentiellement plus robuste que le diamant, jusqu’à présent considéré comme le matériau le plus dur connu. Cette avancée pourrait ouvrir la voie à de nouvelles percées technologiques, mais son observation dans la réalité pourrait nécessiter un voyage bien au-delà de notre Système solaire.
Le diamant, un matériau d’une dureté incroyable
Le diamant, symbole de dureté absolue et d’éclat intemporel, trône depuis des siècles au sommet de la hiérarchie des matériaux naturels. Sa résistance à la compression est inégalée, capable de repousser les assauts de la plupart des substances connues. Plusieurs facteurs contribuent à cette dureté extraordinaire. D’une part, le diamant possède une structure cubique compacte où chaque atome de carbone est lié à quatre autres atomes par des liaisons covalentes fortes et rigides. Cette structure tridimensionnelle extrêmement dense offre une grande stabilité et une résistance exceptionnelle aux forces externes.
En outre, les liaisons covalentes entre les atomes de carbone dans le diamant sont les plus fortes que l’on puisse trouver dans la nature. Elles nécessitent une énergie considérable pour être rompues, ce qui explique la résistance du diamant à la rayure, à la déformation et à la compression. Enfin, la structure cristalline du diamant est également généralement exempte de défauts, tels que des impuretés ou des dislocations. Or, ces défauts peuvent créer des points faibles dans la structure et réduire la résistance du matériau. Néanmoins, le règne du diamant pourrait bientôt être menacé par un nouveau venu : le BC8.
Une formule qui nécessite des conditions exceptionnelles
Le BC8, un cristal à huit atomes de carbone, a été simulé en laboratoire et a montré une résistance à la compression estimée à 30% supérieure à celle du diamant. Pour parvenir à ces conclusions, les chercheurs ont utilisé Frontier, un supercalculateur de l’Oak Ridge Leadership Computing Facility, pour effectuer des simulations de milliards d’atomes de carbone dans diverses conditions. Ces simulations ont permis de prédire les voies de synthèse du BC8, en montrant que ce matériau pourrait être stable à des pressions extrêmes qui dépassent largement celles que nous connaissons sur Terre.
Selon les chercheurs, la structure atomique du BC8 serait également similaire à celle du diamant, mais sans ses points faibles de clivage. Le terme « clivage » fait ici référence à la manière dont un matériau se casse ou se divise le long de plans de faiblesse ou de défauts cristallins. Dans le cas du diamant, bien qu’il s’agisse de l’un des matériaux les plus durs connus, il présente toujours des plans de clivage le long desquels il peut se casser sous une certaine pression ou un impact. C’est l’une des raisons pour lesquelles même le diamant peut être endommagé ou brisé.
En revanche, la structure atomique du BC8 est conçue de telle manière qu’elle n’a pas ces plans de clivage. Cela signifie que même sous des pressions extrêmes ou dans des conditions de stress, le BC8 ne se briserait pas le long de ces lignes de faiblesse comme le ferait un diamant. Cette caractéristique le rendrait donc encore plus résistant et plus robuste dans des environnements extrêmes.
Vers une possible synthétisation
Les scientifiques ont tenté de synthétiser ce matériau en laboratoire, mais sans succès jusqu’à présent. La simulation a révélé que sa fabrication ne serait en effet possible que dans des conditions de pression et de température extrêmes. Cependant, les chercheurs ne désespèrent pas de pouvoir un jour synthétiser le BC8. Pour ce faire, ils se rendront au National Ignition Facility du Lawrence Livermore National Laboratory. Ces méthodes impliquent de choquer les diamants à des vitesses supersoniques, puis de les comprimer sous des pressions énormes, dans l’espoir de produire ce matériau révolutionnaire.
Bien que la création du BC8 reste donc un défi technologique de taille, les implications potentielles de sa découverte sont vastes. Ce matériau ultrarésistant pourrait en effet trouver des applications dans des domaines allant de l’ingénierie des matériaux à l’exploration spatiale, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles possibilités de découverte et d’innovation. Cette recherche offre également un éclairage sur la composition des exoplanètes riches en carbone. Ces planètes pourraient en effet fournir les conditions idéales pour la formation de BC8, ce qui souligne l’importance de comprendre ses propriétés pour mieux modéliser l’intérieur de ces mondes lointains.
Les détails de l’étude sont publiés dans The Journal of Physical Chemistry Letters.
