Qu'est-ce qu'une cellule à enclume de diamant?

La cellule à enclume de diamant est une machine utilisée par les physiciens pour soumettre des échantillons à des pressions extrêmement élevées (jusqu’à 360 gigapascals) dans le but de rechercher leurs propriétés, y compris les transitions de phase, la liaison atomique, les niveaux de viscosité et de diffraction et la structure cristallographique. Les cellules d'enclume de diamant peuvent simuler des pressions de millions d'atmosphères, recréant des conditions similaires à celles existant au centre de la Terre ou à l'intérieur des géantes gazeuses. Ils font partie des seuls appareils de laboratoire capables de créer des formes de matières dégénérées telles que l'hydrogène métallique.

Les cellules d'enclume de diamant fonctionnent sur un principe simple: en exerçant une force importante sur une petite surface, une pression nette énorme peut être obtenue. L'enclume en diamant, successeur d'enclumes en alliage carbone-tungstène, a été inventée par les chercheurs Weir, Lippincott, Van Valkenburg et Bunting à la fin des années 1950 dans le cadre de leurs travaux au National Bureau of Standards (NBS). En plus d’être le matériau le plus dur disponible à ce moment-là et pratiquement incompressible, le diamant est transparent, ce qui facilite la visualisation des échantillons expérimentaux au fur et à mesure de leur compression. Il aide également à mener des expériences spectroscopiques.

La cellule à enclume de diamant est composée de trois composants principaux. Il y a tout d'abord deux diamants sans défaut, d'un poids de 1/8 à 1/3 carats, avec des faces parallèles opposées. La culet, l'endroit où les deux diamants sont en contact, a généralement un diamètre d'environ 0,6 mm. Pour les expériences nécessitant des pressions encore plus élevées, le culet peut être fabriqué encore plus petit.

Le deuxième composant de la cellule à enclume de diamant est un dispositif exerçant une force, pressant les diamants les uns contre les autres des deux côtés. Celles-ci peuvent être des vis qui se serrent, une pression de gaz contre une membrane ou un simple bras de levier. Le troisième composant de l'enclume en diamant est un joint métallique qui entoure le périmètre de la culet, contenant l'échantillon et offrant une résistance à la compression sur les bords, réduisant ainsi le risque de défaillance de l'enclume.

La cellule à enclume de diamant est un élément important de l’équipement qui nous permet de simuler des pressions que nous ne verrions jamais autrement, nous donnant accès à un monde de matériaux qui seraient autrement inobservables.