東京大学の研究者らが、有機分子から電子ビームを使用してナノダイヤモンドを形成する方法を開発し、伝統的な高圧・高温プロセスを回避しました。この画期的な成果は、ビーム損傷から繊細な材料を保護し、材料科学や量子コンピューティングなどの分野を進展させる可能性があります。この発見は、電子照射に関する長年の仮定に挑戦します。
東京大学化学科の中村英一教授率いるチームは、低圧技術を先駆け、人工ナノダイヤモンドの生産を実現しました。アダマンタン分子（C10H16）を、ダイヤモンドの四面体構造に似た炭素フレームワークを持つものを制御された電子ビームにさらすことで、研究者らはこの材料を完璧なナノダイヤモンドに変換しました。
このプロセスは透過型電子顕微鏡（TEM）イメージングを伴い、小さなアダマンタン結晶を80-200キロ電子ボルトで照射し、100-296ケルビンの温度で真空下で数秒間行います。このセットアップは、電子ビームがC-H結合を破断しC-C結合を形成し、分子を三次元ダイヤモンド格子に重合させる反応をリアルタイムで観察することを可能にします。生成されたナノダイヤモンドは立方晶構造を示し、直径は最大10ナノメートルに達し、水素ガスが副生成物として放出されます。
2004年以来この研究を追求してきた中村氏は、このアプローチに対する懐疑を指摘しました：「本当の問題は、誰もそれが可能だと考えていなかったことでした。」質量分析を用いた以前の研究では、単一電子イオン化が結合破断を助ける可能性が示唆されましたが、気相推論に限定されていました。TEM法はこの限界を克服し、原子分解能の視覚化と固体生成物の分離を可能にします。
「計算データは『仮想』の反応経路を与えますが、私は自分の目で見たかったのです」と中村氏は述べ、20年間のビジョンを実現しました。彼は強調しました：「このダイヤモンド合成の例は、電子が有機分子を破壊するのではなく、照射される分子に適切な特性を備えさせることで、よく定義された化学反応を起こさせるという究極の証明です。」
この発見は、Jiarui Fu、Takayuki Nakamuro、Eiichi Nakamura著のScience誌（2025; 389 (6764): 1024, DOI: 10.1126/science.adw2025）に詳細に記述されており、アダマンタンの独自の適合性を強調しています。他の炭化水素では同様の結果が得られませんでした。潜在的な応用には、電子リソグラフィ、表面科学、顕微鏡の改善、量子コンピューティングやセンサー向けドープ量子ドットの製造が含まれます。また、高エネルギー照射による隕石やウラン豊富な岩石での自然ダイヤモンド形成についても光を当てる可能性があります。