抄録
隕石中でダイヤモンドが見つかり、星間空間におけるプリソーラーナノダイヤモンドの存在が示唆されてから、ダイヤモンドへの興味が非常に強く持たれるようになった。ナノダイヤモンドは隕石中のプリソーラーグレインとして最も多く存在しているだけでなく、銀河中のカーボンの多系としても最も多く存在していると考えられている。この星間でのダイヤモンドの生成メカニズムについて、多くの提案がなされ議論されているが、いまだ明らかとされていない。今回、ナノダイヤモンドがカーボンとシリコンの混合膜から、シリコンの存在だけで容易に生成できることを見出したことについて報告する。
混合膜は、シリコンとカーボンの真空同時蒸着法を用いて作製した。膜中の比はおおよそ、シリコンが30％ であった。この膜の電子回折パターンはハローであったが、高分解能電子顕微鏡観察の結果、ダイヤモンドの微結晶から成っている事が分かった。
600℃で一時間加熱した結果、5 nmサイズのダイヤモンドが得られた。800℃で一時間加熱した結果、そのダイヤモンドは15-20 nmへと成長し、ダイヤモンドを示す電子回折パターンが得られた。また、高分解能電子顕微鏡観察の結果、(111)の格子縞が見られるダイヤモンド結晶の表面をβ-SiCが取り囲むようにエピタキシャルの関係で存在していた。そのため、ダイヤモンドはシリコンを吐き出しながら成長していると考えられる。
アモルファスカーボン膜はグラファイトとダイヤモンドから構成されているが(1, 2、真空中で加熱してもダイヤモンドは現れない。シリコンがカーボン膜中に混合して触媒的に働くことで、カーボン原子はSP3軌道が優勢となり、ダイヤモンドが成長したものと思われた。しかし、シリコンと同様にSP3軌道を持ちダイヤモンド構造を取るゲルマニウムとカーボンとの実験を行った結果、ダイヤモンドは生成しなかった。それ故に、シリコンのSP3軌道よりも触媒的な効果の方がより重要であると考えられる。
[1] T. Kozasa et al., Astron. Astrophys. 307 (1996) 551-560.
[2] Y. Kimura et al., Carbon 40 (2002) 1043-1050.
