ロシアの隕石クレーターで発見されたダイヤは天然のナノ結晶ダイヤ -愛媛大 | マイナビニュース
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クレーターに超硬質ダイヤ　隕石衝突で生成、愛媛大 - 読んで見フォト - 産経フォト
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ロシア・シベリア地表の巨大クレーターで見つかった、ナノ多結晶組織を持つダイヤモンド
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光学顕微鏡で見た「ナノ多結晶ダイヤモンド」
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愛媛大学は10月1日、ロシア・シベリアの巨大隕石クレーターで発見されたダイヤモンドが天然のナノ結晶ダイヤモンドであることがわかったと発表した。

同成果は同大学地球深部ダイナミクス研究センター(GRC)の大藤弘明 准教授、入舩徹男 教授(東京工業大地球生命研究所兼任)らと、ロシア科学アカデミーのK. D. Litasov 教授らの日露共同研究チームによるもので、10月1日の英科学誌「Scientific Reports」オンライン版に掲載された。

シベリア北部にある直径100kmにおよぶPopigaiクレーターは、1970年代に周辺で通常より硬いダイヤモンドが発見されており、ダイヤモンドが大量に存在する可能性のあるエリアとして注目されてきた。

今回の研究では、GRCの集束イオンビーム微細加工装置と透過型電子顕微鏡を使用しPopigaiダイヤモンドの特徴と生成過程を詳しく調べた。

バイオマーカーや量子暗号通信への応用に期待：東工大、ゲルマニウム導入で光るダイヤを開発 - EE Times Japan
http://eetimes.jp/ee/articles/1508/10/news096.html
共同発表：ゲルマニウム導入し光るダイヤを開発～バイオマーカーや量子暗号通信への応用へ期待～
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150807/index.html

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図１　ダイヤモンド中の単一ＧｅＶカラーセンターの構造と性質
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図２　マイクロ波プラズマ堆積法による高品質アンサンブルＧｅＶカラーセンターの形成


東京工業大学の岩崎孝之助教らによる研究グループは、ダイヤモンド中の空孔（V）、とゲルマニウム（Ge）から成る新しいカラーセンターの形成に世界で初めて成功した。生細胞イメージング用のバイオマーカーや量子暗号通信への応用が期待されている。


　東京工業大学 大学院理工学研究科の岩崎孝之助教と波多野睦子教授らの研究グループは2015年8月、ダイヤモンド中の空孔（V）、とゲルマニウム（Ge）から成る新しいカラーセンターの形成に世界で初めて成功したことを発表した。研究成果はバイオマーカーや量子暗号通信への応用が期待されている。

　研究グループは、ダイヤモンド中にゲルマニウムを導入することで、ゲルマニウムと格子欠陥（空孔）が結び付き、GeVセンターを形成させることに成功した。このGeVセンターは、外部からの光励起によって、波長602nmで強く発光することが分かった。しかも高い再現性で形成できることを確認した。また、カラーセンターが多く含まれているアンサンブル状態だけでなく、ゲルマニウム原子1個と空孔の組み合わせから成る単一カラーセンターも安定して形成し、機能させることができることも確認している。

　今回の研究で得られた2次自己相関関数測定から、単一GeVセンターが単一光子源として機能することを証明すると同時に、飽和発光強度として170kcpsという高い数値を得ることができた。
励起波長を最適化すれば、GeVセンターの発光強度をさらに上昇させることもできるという。再現性良く形成できるダイヤモンド中のカラーセンターのうちで、最も高い輝度が得られる構造となる可能性がある。

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硬さと割れにくさ両立したセラミックス実現に道―わずかな亀裂進展で靭性が急激に増すことを発見― | 東工大ニュース | 東京工業大学
http://www.titech.ac.jp/news/2015/031545.html

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図1. ビッカース硬度と破壊靱性の関係
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図2（b）. 破壊抵抗と亀裂進展長さとの関係
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図3. 破壊誘起アモルファス化による亀裂進展抵抗の増加
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図4. 二酸化ケイ素の結晶構造


（前略）


背景

砂や岩石の主成分である二酸化ケイ素（シリカ、SiO2）はありふれた物質であり、石英（水晶）やシリカガラスとして利用されているが、脆く、割れやすいという欠点がある。シリカの高圧相であるスティショバイトは酸化物の中で最も硬く、ダイヤモンドと立方晶窒化ホウ素（c-BN）に次ぐ硬さをもつ優れた材料である。だが、その単結晶は石英やシリカガラスと同様に割れやすいものであった。

2012年に西山博士は愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センター（GRC、入舩徹男　センター長＝愛媛大学教授）で、ナノ多結晶スティショバイトの合成に成功し、割れにくさの指標である破壊靭性が10～13 MPa・m1/2[用語3]とセラミックスの中で最も高い値をもつ材料であることを発見した。

図1に示すとおりセラミックスは一般的に硬いものほど割れやすい傾向があるが、ナノ多結晶スティショバイトは硬さと割れにくさを併せもつセラミックスである。つまり、シリカという地球上にありふれている物質から優れた機能をもつセラミックスが合成でき、資源の制約のない持続可能社会に適した材料であるといえる。

ナノ多結晶スティショバイトの高い破壊靭性の起源は常圧で準安定なスティショバイトが亀裂先端の巨大な引張応力によって局所的に結晶相からアモルファス相に相変態する「破壊誘起アモルファス化」[用語4]と関連している。スティショバイトの破壊した表面には数十nm（ナノメートル）の厚さのアモルファス相が存在することがX線吸収端近傍構造（XANES[用語5]）で観察されている。

破壊誘起アモルファス化はスティショバイト以外の多くの高圧相の物質でも起こりうるので、今後、類似の関連物質でさまざまな高靭性材料が発見され、高強度・高靭性セラミックスの開発が大きく
進むものと期待されている。しかし、なぜ強く、丈夫になるのかという理由は明らかになっていなかった。

研究成果

若井所長らの研究グループは、集束イオンビーム（FIB）により加工した微小試験片（図2（a））を用いて、ナノ多結晶スティショバイトの破壊に対する抵抗が亀裂進展とともにどのように増加するかを調べた。
ナノ多結晶スティショバイトの破壊抵抗はわずか1μmの亀裂進展で8 MPa・m1/2まで上昇し、その飽和値は10 MPa・m1/2近く、セラミックスの中でも高い破壊靭性をもつジルコニア（二酸化ジルコニウム）や窒化ケイ素よりもはるかに高かった（図2（b））。また、ナノ多結晶スティショバイトの亀裂進展にともなう破壊抵抗の初期増加率も極めて高かった。

ジルコニアの高い破壊靭性は、亀裂進展に伴って準安定相である正方晶相から単斜晶相への応力誘起変態がおこり、亀裂の周辺に相変態領域が形成されることが、その起源である。
破壊抵抗が飽和値に達するまでに亀裂が進まなければいけない距離は相変態領域の厚みに比例する（図3）。一方、二酸化ケイ素の低圧相である石英やクリストバライトではケイ素（Si）原子は4個の酸素原子に囲まれた4面体構造をとるが、高圧相であるスティショバイトではSi原子は6個の酸素原子に囲まれた8面体構造をとる（図4）。

破壊誘起アモルファス化によって、亀裂先端の高い引張応力によりスティショバイトがアモルファス化する際に100%近い大きな体積膨張が起こる。ナノ多結晶スティショバイトで破壊抵抗が飽和値に達するまでに進まなければならない距離が極めて短かったのはアモルファス化領域の厚みが数10nmと、ジルコニアの相変態領域の厚み数μmに比べてはるかに小さかったためである。

相変態強化が働くときには、相変態に伴う体積変化が大きいほど、また、アモルファス化領域が厚いほど、破壊抵抗の増加量は大きくなる。アモルファス化領域の厚みは薄いけれども、アモルファス化による体積変化率の高いことが、ナノ多結晶スティショバイトの優れた靭性の理由であることがわかった。


今後の展望

亀裂が1μm以下のわずかな距離を進むだけで破壊抵抗が上昇することが見出され、硬くて脆いセラミックスを丈夫にする新しい仕組みが存在することが明らかになった。この発見は微小試験片による破壊抵抗測定技術の進歩により初めて可能になった。この技術を応用して、複雑なナノ構造、サブミクロンスケールの構造をもつセラミックスやナノコンポジットに適用すれば、さまざまな未知の靭性強化機構が見出される可能性があり、高強度・高靭性セラミックスの研究開発に新たな飛躍と展開をもたらすと期待される。

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史上初、地下5kmより浅い地殻で形成されたダイヤを発見 - 北大など | マイナビニュース
http://news.mynavi.jp/news/2015/06/02/613/
地殻内で形成されたダイヤモンドを発見（低温科学研究所　教授　香内　晃）（PDF）
http://www.hokudai.ac.jp/news/150601_lowtem_pr.pdf

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透過型電子顕微鏡観察により発見したナノダイヤモンド。a) 低倍率で観察したナノダイヤモンド集合体。b) aの白丸部分で観察した電子回折像。ダイヤモンドに特有な回折リング(111、220、311 を付記したもの)しか見られないので、試料はダイヤモンドの集合体であることがわかる。c) 高倍率で観察したナノダイヤモンド集合体。ナノダイヤモンドの大きさが1～3nm であることがわかる(黄色の丸)。大きな黄色の丸部分では、ダイヤモンドに特徴的な0.2nm 間隔の格子縞が70°で交差している。


北海道大学は6月2日、地球上の天然ダイヤモンドとして初めて、地下5kmより浅い地殻内で形成されたナノダイヤモンドを発見したと発表した。

同成果は北海道大学、ロシア科学アカデミー、カターニア大学の共同研究グループによるもので、6月1日付け(現地時間)の英科学誌「Scientific Reports」に掲載された。

これまで地球上で発見されているダイヤモンドは全て、地下100kmより深い高温・高圧の条件で形成されたものとされている。一方、本来ダイヤモンドが安定でない低温・低圧の条件でも形成は可能で、実験では地下10kmより浅い条件に相当する温度・圧力でダイヤモンドを得ることに成功している。

同研究グループは、地表からさほど深くない地殻内にもダイヤモンドが存在すると考え、そのような条件に合う蛇紋岩に着目。イタリアのシチリア島で採取した蛇紋岩中の炭素質物質を、透過型電子顕微鏡などを使って分析した結果、大きさが2～10nm程度のナノダイヤモンドを発見した。

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