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, notamment les transitions de phase, la liaison atomique, les niveaux de viscosité et de diffraction et la structure cristallographique. Les cellules à enclume de diamant peuvent simuler des pressions de millions d’atmosphères, recréant des conditions similaires à celles du centre de la Terre ou à l’intérieur des géantes gazeuses. Ils sont parmi les seuls appareils de laboratoire capables de créer des formes de matière dégénérée comme l’hydrogène métallique.
Les cellules à enclume diamant fonctionnent sur un principe simple : en exerçant une grande force sur une petite surface, une pression nette énorme peut être obtenue. L’enclume en diamant, successeur des 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 l’époque et pratiquement incompressible, le diamant est transparent, ce qui permet de visualiser facilement les échantillons expérimentaux pendant leur compression. Il aide également à mener des expériences spectroscopiques.
Trois composants principaux constituent la cellule d’enclume en diamant. D’abord deux diamants sans défaut, d’un poids de 1/8 à 1/3 carats, aux faces parallèles opposées. La colette, l’endroit où les deux diamants entrent en contact, a généralement un diamètre d’environ 0.6 mm. Pour les expériences qui nécessitent des pressions encore plus élevées, la colette peut être encore plus petite.
Le deuxième composant de la cellule d’enclume en diamant est un dispositif exerçant une force, pressant les diamants les uns contre les autres des deux côtés. Il peut s’agir de vis qui serrent, de gaz pressant contre une membrane, ou d’un simple bras de levier. Le troisième composant de l’enclume en diamant est un joint métallique qui entoure le périmètre de la colette, 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 une pièce d’équipement importante 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.