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Le diamant est un allotrope métastable de carbone, où les atomes de carbone sont disposés dans une variante de la structure cristalline cubique à faces centrées appelée réseau de diamant. Le diamant est moins stable que le graphite, mais le taux de conversion du diamant au graphite est négligeable dans des conditions standard. Le diamant est reconnu comme un matériau aux qualités physiques exceptionnelles, dont la plupart proviennent de la forte liaison covalente entre ses atomes. En particulier, le diamant a la dureté et la conductivité thermique les plus élevées de tous les matériaux en vrac. Ces propriétés déterminent l'application industrielle majeure du diamant dans les outils de coupe et de polissage et les applications scientifiques dans les couteaux diamantés et les cellules d'enclume diamantées.

En raison de son réseau extrêmement rigide, il peut être contaminé par très peu de types d'impuretés, comme le bore et l'azote. De petites quantités de défauts ou d'impuretés (environ un par million d'atomes de réseau) sont de couleur bleu diamant (bore), jaune (azote), marron (défauts de réseau), vert (exposition aux radiations), violet, rose, orange ou rouge. Le diamant a également une dispersion optique relativement élevée (capacité à disperser la lumière de différentes couleurs).

La plupart des diamants naturels se forment à haute température et pression à des profondeurs de 140 à 190 kilomètres (87 à 118 mi) dans le manteau terrestre. Les minéraux contenant du carbone fournissent la source de carbone, et la croissance se produit sur des périodes allant de 1 milliard à 3,3 milliards d'années (25% à 75% de l'âge de la Terre). Les diamants sont amenés près de la surface de la Terre par de profondes éruptions volcaniques par le magma, qui se refroidit en roches ignées appelées kimberlites et lamproïtes. Les diamants peuvent également être produits synthétiquement dans une méthode HPHT qui simule approximativement les conditions dans le manteau terrestre. Une technique de croissance alternative et complètement différente est le dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Plusieurs matériaux non diamantés, qui incluent la zircone cubique et le carbure de silicium et sont souvent appelés simulants de diamant, ressemblent au diamant en apparence et possèdent de nombreuses propriétés. Des techniques gemmologiques spéciales ont été développées pour distinguer les diamants naturels, les diamants synthétiques et les simulants de diamant.

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