ダイヤモンドは小さくするとプニプニ化すると判明――15%縮んでも割れなかった

「硬い」には3つの顔がある──ダイヤモンドの意外な弱点

ダイヤモンドの意外な弱点本題に入る前に、少しだけ「硬さ」という言葉について整理させてください。

実は、「硬い」という日常の言葉には、物理学の世界では3つの異なる顔が隠れています。

この区別を知らないと、今回の研究の驚きが半減してしまうのです。

1つ目は「表面にキズがつきにくいか？」を示すモース硬度です。

2つ目は「曲げや衝撃を受けても壊れにくいか？」を示す靭性です。

3つ目は「押されても元に戻る変形の限界はどこまでか？」を示す弾性ひずみ限界です。

このうちダイヤが最も優れているのが、1つ目です。

たとえば鋼鉄のモース硬度は4〜5なのに対してダイヤは最高ランクの10です。

計算上はウルツ鉱型窒化ホウ素（w-BN）がダイヤの約1.18倍、ロンズデーライト（六方晶ダイヤ）がダイヤの約1.58倍など、理論的にはダイヤより傷つきにくい物質も知られていますが、日常の中で目にする物質としてダイヤは頂点にいると言えるでしょう。

しかし2番目の「曲げや衝撃を受けても壊れにくいか？」についてはダイヤは苦手で、鋼鉄の20〜30分の1ほどの数値しかありません。

つまりダイヤモンドは、「キズには無敵でも曲げや衝撃には意外と脆い」という、矛盾した性格を同居させた物質なのです。

そして今回の物語の舞台となるのが、3つ目の指標──「押されても元に戻る変形の限界はどこまでか？」です。

実は普通のダイヤモンドも、この指標では意外な顔を持っています。

元に戻る範囲で、鋼鉄は約0.2%、ガラスは約0.1%しか変形できないのに対し、ダイヤモンドは約1〜2%まで変形しても元に戻る──つまり鋼鉄の5〜10倍、ガラスの10〜20倍という、桁違いの値を持っていたのです。

さらに2018年に発表された研究では直径約300ナノメートル（髪の毛の300分の1の細さ）のダイヤモンドが、約9%もの変形から元に戻ることを発見し、世界を驚かせました。

ダイヤは小さくなるとよりプニプニできるわけです。

しかし、なぜそうなるのか──表面のせいなのか、それとも別の何かのせいなのか──この根本的な理由は、十分に調べられていませんでした。

そこで今回研究者たちは、これまでの研究で最も小さい4〜13ナノメートルという極小領域のダイヤについて調べることにしました。