自然界では、ダイヤモンドは何十億年もの間に地球の奥深くに形成されています。 このプロセスは1,000℃を超過する特別に高圧および温度の環境を要求する。

私たちの国際的なチームは、室温でダイヤモンドの二つの異なるタイプを作成しました—そしてほんの数分で。 熱を加えることなく、実験室でダイヤモンドが成功裏に製造されたのは初めてです。

私たちの調査結果は、雑誌Smallに掲載されています。

ダイヤモンドの複数のフォームがあります

炭素原子は、ソフトブラックグラファイトとハード透明ダイヤモンドを含む異なる材料を形

これまでに測定された最も薄い材料であるグラフェンを含む、グラファイト状の結合を有する炭素の多くのよく知られた形態があ しかし、あなたはダイヤモンドのような結合を持つ炭素系材料の複数のタイプもあります知っていましたか？

通常のダイヤモンドでは、原子は立方晶構造に配置されています。 しかし、それらが六角形の結晶構造を有するようにこれらの炭素原子を配置することも可能である。

この異なる形のダイヤモンドは、X線を用いて炭素の構造を研究したアイルランドの結晶学者で王立協会のフェローであるKathleen LonsdaleにちなんでLonsdaleiteと呼ばれています。

すでに地球上で最も硬い天然物質と考えられている通常のダイヤモンドよりも58％硬いと予測されているため、ロンスダレイトには多くの関心があります。

アリゾナ州のCanyon Diablo meteorite craterのサイトで、自然界で最初に発見されました。 物質の少量は高圧出版物か爆薬を使用してグラファイトを、熱し、圧縮することによって実験室でそれ以来総合されました。

私たちの研究は、Lonsdaleiteと通常のダイヤモンドの両方が、高圧を印加するだけで、実験室の設定で室温で形成することができることを示しています。

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ダイヤモンドを作るための多くの方法

その後、General ElectricのTracy Hallは、地球の地殻内の自然条件を模倣したプロセスを使用して、成長プロセスをスピードアップするために金属触媒を追加しました。

結果は、自然界に見られるものと同様の高圧、高温ダイヤモンドでしたが、多くの場合、小さく、あまり完璧ではありませんでした。 これらはまだ産業適用のために今日製造された、主にである。

ダイヤモンド製造の他の主要な方法は、より大きなダイヤモンドを成長させるために”種”として小さなダイヤモンドを使用する化学ガスプロセ 約800℃の温度が必要です。 成長は非常に遅いですが、これらのダイヤモンドは大きく、比較的欠陥のない成長することができます。

自然は、地球上の隕石の激しい衝突の間だけでなく、私たちの太陽系での高速小惑星の衝突などのプロセスで、ダイヤモンドを形成するための他の方法のヒントを提供してきました-私たちは”地球外ダイヤモンド”と呼んでいるものを作成します。

科学者たちは、衝撃や地球外のダイヤモンドがどのように形成されるかを正確に理解しようとしています。 高温および圧力に加えて、摺動力（「せん断」力としても知られる）がそれらの形成を誘発する上で重要な役割を果たす可能性があるという証拠がある。

せん断力の影響を受けているオブジェクトは、上部で一方向に、下部で反対方向にプッシュされます。

一例は、カードのデッキを上部の左に、下部の右に押すことです。 これにより、デッキがスライドし、カードが広がるように強制されます。 したがって、せん断力は「摺動」力とも呼ばれます。

室温でダイヤモンドを作る

私たちの仕事のために、我々は、ダイヤモンドの形成を促進するために、グラファイト様炭素の小さなチップが極端なせん断力と高圧の両方にさらされた実験を設計した。

この前のほとんどの作業とは異なり、圧縮中に炭素サンプルに追加の加熱は適用されませんでした。

この前の作業とは異なり、圧縮中に炭素 高度な電子顕微鏡（非常に高解像度の画像をキャプチャするために使用される技術）を使用して、得られたサンプルは、規則的なダイヤモンドとロンスダレイトの両方を含むことが判明した。

これまでに見たことのない配置では、ダイヤモンドの薄い”川”（人間の髪の約200倍小さい）がロンスダレイトの”海”に囲まれていました。

構造の配置は、狭い領域が強烈な、局所的な歪みを経験する他の材料で観察された”せん断バンディング”を連想させる。 これは、せん断力が室温でのこれらのダイヤモンドの形成の鍵であったことを示唆している。

クラックするタフなナット

室温でダイヤモンドを作る能力は、ほんの数分で、多くの製造の可能性を開きます。

具体的には、このように”ダイヤモンドよりも硬い”ロンスダレイトを作ることは、非常に硬い材料が必要とされる産業にとってエキサイティングな これらの用具の耐用年数を拡張するために例えば、ダイヤモンドが穴あけ工具および刃に塗るのに使用されています。 私たちの次の課題は、ダイヤモンドを形成するために必要な圧力を下げることです。

私たちの研究では、ダイヤモンドが形成されていることが観察された室温での最低圧力は80ギガパスカルでした。 これは、1つのバレエシューズの先端にある640頭のアフリカゾウに相当します！

ダイヤモンドとロンスデアライトの両方をより低い圧力で作ることができれば、より速く、より安く作ることができます。

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