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Crédits : laboratoire national d'Oak Ridge

Un supercalculateur prédit la recette d’un diamant extraterrestre

Les diamants, en tant que substance la plus dure connue, sont déjà impressionnants par leur robustesse et leurs applications variées, allant de la joaillerie aux technologies industrielles. Cependant, la découverte récente d’un matériau encore plus dur, le diamant BC8, a captivé l’attention des scientifiques. Ce matériau, prédit pour exister dans les environnements extrêmes des noyaux d’exoplanètes géantes, pourrait transformer les domaines de la science des matériaux et des technologies de haute performance. Une avancée clé dans cette découverte a été rendue possible grâce au supercalculateur Frontier, un outil de calcul de pointe qui a permis aux chercheurs de déchiffrer les conditions nécessaires à la formation du BC8.

Les défis de la formation du superdiamant BC8

Le BC8, ou « Eight-Atom Body-Centered Cube », est une forme hypothétique de carbone qui pourrait exister uniquement dans des environnements extrêmes, tels que les noyaux d’exoplanètes géantes. Contrairement aux diamants traditionnels, qui ont une structure cristalline cubique, le BC8 présente une configuration différente qui pourrait lui conférer une résistance encore plus grande. Les chercheurs estiment qu’il pourrait contenir huit atomes de carbone, contre quatre pour le diamant classique.

Cependant, les conditions nécessaires pour créer ce superdiamant sont extrêmement difficiles à reproduire en laboratoire. Il faudrait générer des pressions des millions de fois plus élevées que celles de l’atmosphère terrestre et des températures extrêmes, ce qui rendrait les expériences physiques non seulement complexes, mais aussi très coûteuses.

C’est précisément dans ce contexte que le supercalculateur Frontier joue un rôle crucial.

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Le diamant BC8 pourrait survivre sous la chaleur et la pression extrêmes que l’on trouve dans le noyau de planètes au moins deux fois plus grosses que la Terre.Crédits : Nazarii Neshcherenskyi

Nouvelle percée

Le supercalculateur Frontier, installé au laboratoire d’Oak Ridge, du Département de l’énergie des États-Unis, est l’un des ordinateurs les plus puissants au monde. Il est capable d’effectuer des simulations à une échelle atomique avec une précision inégalée.

Sous la direction du professeur Ivan Oleynik de l’Université de Floride du Sud, l’équipe de recherche a utilisé Frontier et son logiciel spécialisé  LAMMPS pour simuler des conditions extrêmes et déterminer les processus nécessaires à la formation du BC8 en traitant des milliards d’atomes et en simulant des millions de scénarios différents.

Autrement dit, ce supercalculateur a permis de simuler avec une précision remarquable le processus par lequel les diamants fondent et se réorganisent en BC8, ce que d’autres n’étaient pas en mesure de faire.

Une découverte clé a été que les diamants traditionnels doivent fondre avant de pouvoir se réorganiser en BC8. Cette étape additionnelle impliquerait des pressions environ douze millions de fois plus élevées que celle de l’atmosphère terrestre et des températures atteignant 5 000 K, proches de celles trouvées à la surface du soleil.

Avec cette nouvelle compréhension des conditions requises pour former le BC8, les chercheurs ont désormais des bases solides pour tester leurs modèles théoriques en laboratoire. Ces modèles incluent les prévisions plus précises sur les pressions et températures nécessaires pour transformer les diamants en BC8 et les processus exacts par lesquels cette transformation pourrait se produire.

Pour valider ces modèles, les chercheurs se tournent vers des installations comme le National Ignition Facility du Lawrence Livermore National Laboratory, où des lasers puissants peuvent créer des conditions extrêmes pour tenter de synthétiser le BC8.

Brice Louvet

Rédigé par Brice Louvet

Brice est un journaliste passionné de sciences. Ses domaines favoris : l'espace et la paléontologie. Il collabore avec Sciencepost depuis près d'une décennie, partageant avec vous les nouvelles découvertes et les dossiers les plus intéressants.