Des chercheurs japonais créent des diamants avec des électrons

Une équipe de l’université de Tokyo vient de réussir un exploit. En effet, ils ont fabriqué des diamants artificiels en bombardant une molécule avec des électrons. Fini les techniques traditionnelles qui exigent des pressions et des températures extrêmes. Les scientifiques ont simplement utilisé un faisceau d’électrons pour transformer une substance appelée adamantane en minuscules diamants. Au-delà de l’intérêt pour la joaillerie, la découverte pourrait améliorer les microscopes et protéger certains échantillons fragiles pendant leur observation.

Fabriquer des diamants en laboratoire a toujours été compliqué. Les méthodes habituelles nécessitent des conditions infernales : des pressions écrasantes et des températures à faire fondre presque n’importe quoi. Le professeur Eiichi Nakamura et son équipe ont choisi une autre voie en travaillant sur l’adamantane, une molécule composée de carbone et d’hydrogène.

Pourquoi l’adamantane ? Parce que sa structure ressemble déjà à celle du diamant. Les atomes de carbone sont arrangés de la même façon dans les deux cas. Il suffit donc de casser certaines liaisons chimiques et d’en créer de nouvelles pour assembler les molécules en petits diamants.

Un pari risqué qui a payé

Le problème, c’est que personne ne croyait vraiment possible de réaliser l’opération. « Le vrai problème était que personne ne pensait que c’était réalisable », explique Eiichi Nakamura. Dans le milieu scientifique, on considérait que les molécules organiques se désintégraient trop vite sous un faisceau d’électrons.

Le chercheur a persévéré pendant vingt ans. « Les données computationnelles vous donnent des chemins de réaction ‘virtuels’, mais je voulais les voir de mes propres yeux », confie-t-il. « Ma recherche depuis 2004 a été un combat constant pour montrer le contraire ».

L’équipe a utilisé un microscope électronique à transmission, un appareil capable d’observer la matière à l’échelle atomique. En bombardant des cristaux d’adamantane avec des électrons pendant quelques dizaines de secondes, les scientifiques ont pu observer en direct la transformation en nanodiamants.

Des applications prometteuses

Les diamants obtenus mesurent jusqu’à 10 nanomètres, soit environ mille fois plus petits que l’épaisseur d’un cheveu. Ils sont parfaits, sans aucun défaut dans leur structure cristalline. Pendant le processus, de l’hydrogène gazeux s’échappe, preuve que la réaction chimique fonctionne.

La découverte pourrait transformer plusieurs domaines technologiques : la gravure de circuits électroniques miniatures, la modification de surfaces de matériaux, et surtout la microscopie électronique. Les résultats confortent aussi une vieille théorie selon laquelle certains diamants trouvés dans les météorites ou les roches terrestres se seraient formés par irradiation naturelle.

Eiichi Nakamura voit encore plus loin. Les travaux ouvrent la voie à la fabrication de composants pour ordinateurs quantiques, les machines ultra-puissantes de demain. « Cet exemple de synthèse de diamants constitue la démonstration ultime que les électrons ne détruisent pas les molécules organiques mais leur permettent de subir des réactions chimiques bien définies », conclut le chercheur. Après vingt ans d’efforts, son intuition s’avère payante et pourrait bien révolutionner la façon dont les scientifiques utilisent les microscopes électroniques.

Jiarui Fu, Takayuki Nakamuro, Eiichi Nakamura, « Rapid, low-temperature nanodiamond formation by electron-beam activation of adamantane C–H bonds, » Science: September 4, 2025, DOI :10.1126/science.adw2025.

Source : Tokyo U.