Une nouvelle stratégie de synthèse ascendante de diamants de 3 à 4 nanomètres développée par l’équipe de l’Institut Max-Planck

fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche internationale dirigée par le Dr. Yingke Wu et la professeure Tanja Weil de l’Institut Max-Planck de recherche sur les polymères (Max-Planck-Institut für Polymerforschung) a développé une nouvelle stratégie de synthèse ascendante de nanodiamants, permettant de construire directement des nanostructures hautement cristallines de type diamant à partir de blocs de construction de nanographène moléculairement définis avec précision.

Les nanodiamants sont de minuscules particules de diamant de seulement quelques nanomètres. En raison de leur stabilité chimique et de leur capacité à héberger des défauts optiquement actifs (centres colorés), ils sont considérés comme des matériaux très prometteurs pour les technologies quantiques, la détection et la recherche biomédicale. Cependant, jusqu’à présent, il était difficile de produire de manière fiable des nanodiamants de taille uniforme, de haute pureté et dotés des propriétés optiques souhaitées.

La nouvelle méthode abandonne l’approche traditionnelle consistant à broyer de gros diamants et convertit directement des molécules de carbone planes sous des conditions de haute pression et haute température. L’avantage clé de cette voie ascendante réside dans le contrôle au niveau moléculaire : comme la structure, la taille et la composition des molécules de départ peuvent être définies avec précision, les propriétés des nanodiamants obtenus sont plus faciles à ajuster. L’équipe a réussi à produire des nanodiamants extrêmement petits et uniformes, d’une taille d’environ 3 à 4 nanomètres.

Il est particulièrement important que les centres colorés optiquement actifs puissent être directement intégrés dans le réseau cristallin du diamant pendant la synthèse. En utilisant des précurseurs moléculaires appropriés, des émetteurs à base de silicium et de germanium peuvent être générés, sans nécessiter d’étapes ultérieures d’implantation ionique, d’irradiation ou d’autres traitements. Une synthèse directe en une seule étape permet d’obtenir des nanodiamants fluorescents aux propriétés optiques sur mesure.

« Nous pensons que cette plateforme offre une base évolutive pour le développement de capteurs quantiques, d’émetteurs photoniques intégrés et de nanomatériaux à base de diamant programmables », a déclaré Tanja Weil.

Ces nouveaux nanodiamants moléculaires ouvrent des perspectives pour les applications en technologies quantiques, par exemple en tant que sources de photons uniques stables ou capteurs à l’échelle nanométrique. À long terme, ils pourraient également servir de rapporteurs optiques robustes pour visualiser des processus dans les cellules ou d’autres environnements biologiques à la plus petite échelle. Les résultats de cette équipe internationale ont été publiés dans la revue spécialisée Nature.

Les institutions participant à cette recherche comprennent le Synchrotron à électrons allemand (DESY), l’Université Goethe de Francfort (Goethe-Universität Frankfurt), l’Université Johannes Gutenberg de Mayence (Johannes Gutenberg-Universität Mainz), l’Institut Leibniz pour les nouveaux matériaux (Leibniz-Institut für Neue Materialien), l’Institut Max-Planck de recherche sur les colloïdes et les interfaces (Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung), l’Institut Max-Planck de recherche sur les polymères (Max-Planck-Institut für Polymerforschung), l’Université de Cambridge (University of Cambridge), l’Université de la Sarre (Universität des Saarlandes), l’Université de Göttingen (Universität Göttingen) et l’Université d’Ulm (Universität Ulm).