材料科学：フラーレンを破壊して作製した超高硬度バルク非晶質炭素

非晶質（アモルファス）材料は、対応する結晶から短距離秩序や中距離秩序を受け継いでいるため、新たな特性を示しながら結晶の特性の一部が維持される。sp²混成やsp²–sp³混合混成の非晶質炭素は、科学技術において重要な応用があるため、研究や合成が行われてきたが、sp³濃度が100％に近いバルク非晶質炭素の合成は依然として困難である。そうした材料は、ダイヤモンドの短/中距離秩序を受け継いでおり、ダイヤモンドの優れた特性も受け継いでいるはずである。今回我々は、フラーレンをケージの破壊境界に近い圧力で加熱することによって、体積が以前の研究で作製した試料の10³～10⁴倍という、ミリメートルサイズのほぼ純粋なsp³非晶質炭素の透明試料の合成に成功した。得られた材料は、短/中距離秩序がダイヤモンドに似た多くのランダム配向クラスターからなり、既知のあらゆる非晶質材料で観測された中で最も高い硬度（101.9 ± 2.3 GPa）、弾性率（1182 ± 40 GPa）、熱伝導率（26.0 ± 1.3 W m⁻¹ K⁻¹）を有する。この試料はまた、1.85 eVから2.79 eVの間で調整可能な光学バンドギャップも示す。今回の発見は、非晶質先端材料や、高圧高温技術によるバルク非晶質材料の合成に関する理解に寄与するとともに、非晶質固体の新たな応用を実現可能にする可能性がある。

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