原料ガスを高効率でダイヤモンドに変換する新合成技術

原料ガスを高効率でダイヤモンドに

変換する新合成技術

－ダイヤモンドバルク結晶の

炭素同位体比で世界最高－

平成２５年５月７日

独立行政法人 物質・材料研究機構

独立行政法人 科学技術振興機構

詳細は、リンクを参照して下さい。

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１．独立行政法人 物質・材料研究機構

　光・電子材料ユニットの寺地 徳之

　主任研究員らの研究グループは、

　化学気相合成法（ＣＶＤ）注１）で

　ダイヤモンドを生成する際の原料利用率

　を大幅に向上する新合成技術を開発

　しました。

　また、この新技術を、質量数１２の炭素

　（１２Ｃ）で同位体濃縮注２）した

　ダイヤモンド結晶の合成に適用し、

　世界最高の１２Ｃ同位体比を持つ

　ダイヤモンドバルク単結晶の合成に成功

　しました。

２．高純度ダイヤモンドをＣＶＤ法で

　合成する場合、一般にメタンガスが原料

　に用いられます。

　通常は供給されたメタンガスの高々１％

　がダイヤモンドに変換され、９９％以上

　のメタンガスは未反応のまま排気され

　ます。

　この低い原料利用率のため、

　原料ガスを多量に消費するバルク結晶

　合成では、コストの面から高価な原料

　ガスの利用が困難でした。

　新開発のＣＶＤ法を用いたダイヤモンド

　合成技術では、従来法と大きく異なる

　条件で原料ガスを供給することで、

　メタンガス原料の原料利用率を大幅に

　向上させました。

　その結果、多結晶ダイヤモンド合成時

　の原料利用率で、８０％という非常に

　高い値を実現しました。

３．原料利用率の高いＣＶＤ合成技術を

　得たことで、非常に高価な同位体濃縮

　メタンを原料とするダイヤモンド合成

　が可能となり、１２Ｃ同位体比で

　世界最高値の９９．９９８％

　（１３Ｃが０．００２％）という値を

　持つダイヤモンドバルク単結晶を得る

　ことに成功しました。

　高圧高温合成法（ＨＰＨＴ）注３）

　によるダイヤモンド合成において、

　本技術で得られた多結晶ダイヤモンド

　（１２Ｃ同位体比が９９．９９８％）を

　固体原料として用いることで、１２Ｃ

　同位体比が９９．９９５％の

　単結晶ダイヤモンドが得られました。

　ＨＰＨＴ合成には固体炭素原料が必要

　です。

　一般に、１２Ｃ同位体濃縮原料は

　メタンガスなど、原料ガスとして供給

　されるため、ＨＰＨＴ合成用の

　１２Ｃ固体炭素原料を得るには、

　メタン原料利用率を高めた本ＣＶＤ技術

　は必須です。

４．１２Ｃ同位体濃縮されたダイヤモンド

　は、１２Ｃ天然存在比９８．９％

　（１３Ｃが１．１％）のダイヤモンド

　に比べて熱伝導度が高く、

　高性能ヒートシンクなどの様々な応用が

　期待されます。

　また、１２Ｃ同位体濃縮した

　ダイヤモンド結晶内では電子スピンの

　コヒーレンス時間注４）が長くなること

　が知られており、ダイヤモンドを用いた

　量子情報通信素子の高性能化に向けた

　開発の加速が期待されます。

５．本研究の一部は、日本学術振興会

　科学研究費補助金 基盤研究、

　および科学技術振興機構の国際科学技術

　共同研究推進事業

　（戦略的国際共同研究プログラム）

　日独共同研究の一環として行われ

　ました。

６．本研究成果は、日本時間

　平成２５年４月１５日に

　科学雑誌

　「Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　

　Ｅｘｐｒｅｓｓ」のオンライン速報版

　で公開されました。

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　良いですね。

＞一般に、１２Ｃ同位体濃縮原料は

＞メタンガスなど、原料ガスとして供給

＞されるため、ＨＰＨＴ合成用の

＞１２Ｃ固体炭素原料を得るには、

＞メタン原料利用率を高めた本ＣＶＤ技術

＞は必須です。

　だそうです。

＞多結晶ダイヤモンド合成時

＞の原料利用率で、８０％という非常に

＞高い値を実現しました。

　とのことで、

　大きく貢献できそうです。

　今後に期待したい。