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材料科学：圧力1 atmにおける液体金属中でのダイヤモンドの成長
Nature 629, 8011 doi: 10.1038/s41586-024-07339-7
天然のダイヤモンドは、地球の上部マントルにおいて、温度900～1400°C、圧力5～6 GPaの金属メルト中で数十億年前に形成されたもので、この過程は現在も続いている。ダイヤモンドは、炭素の相図が示すように、高温高圧条件下で熱力学的に安定である。ゼネラル・エレクトリック（GE）社は1955年に高温高圧装置を発明し、それを使用して、約7 GPa、1600°Cの溶融硫化鉄を用いることによりダイヤモンドを合成した。液体金属を用いてダイヤモンドが成長可能なのは高温高圧条件下だけである、とする既存のモデルがある。今回我々は、液体金属を用いるものの、圧力1 atm、温度1025°Cという条件で、シード粒子なしで、ダイヤモンド結晶と多結晶ダイヤモンド膜を成長させ、このパターンを打ち破ったことを報告する。ダイヤモンドは、ガリウム、鉄、ニッケル、ケイ素からなる液体金属の表面下において、触媒によってメタンを活性化し、炭素原子を表面下領域へ、そして表面下領域内で拡散させることによって成長した。我々は、液体金属表面下における炭素の過飽和がダイヤモンドの核生成と成長につながり、核生成に関与する4価で結合した炭素クラスターを安定させるのに、ケイ素が重要な役割を果たすことを見いだした。中程度の温度と1 atmの圧力における液体金属中での（準安定）ダイヤモンドの成長は、今後の基礎科学研究やこのタイプの成長の規模拡大に向けて多くの可能性を開く。
