ロンズデーライト

ロンズデーライト：宇宙から生まれた超硬質炭素

ロンズデーライトは、地球上では非常に稀な鉱物です。六方晶系の結晶構造を持つ炭素の同素体であり、その独特の構造から「六方晶ダイヤモンド」とも呼ばれています。この珍しい鉱物は、1967年にアリゾナ州のバリンジャー・クレーターで発見されたキャニオン・ディアブロ隕石の中から初めて確認されました。 結晶学者のキャスリーン・ロンズデールにちなんで命名されたこの鉱物は、隕石衝突という極限状態が生み出した産物と言えるでしょう。

発見と生成

ロンズデーライトは、隕石が地球に衝突する際に発生する莫大な熱と圧力によって、隕石中に含まれるグラファイトが変成して生成されます。キャニオン・ディアブロ隕石以外にも、ニューメキシコ州のケナ隕石や南極大陸のALH77283隕石など、複数の隕石から微小な結晶として発見されています。 さらに、ロシアのツングースカ大爆発の現場からもその存在が報告されており、宇宙空間や地球への巨大衝突という、極めて特殊な環境下でのみ生成される鉱物であることが分かります。興味深いことに、1967年以前から、研究室においてグラファイトを加圧加熱する実験で、意図せずロンズデーライトが生成されていた可能性も示唆されています。

物理的特性

ロンズデーライトは、黄褐色の透明な結晶で、その屈折率は2.40～2.41、比重は3.2～3.3と測定されています。モース硬度は、天然のサンプルでは不純物や格子欠陥の影響を受けて3～8程度と測定されていますが、これはダイヤモンドのモース硬度10と比較すると低い値です。しかしながら、理論計算に基づくと、純粋なロンズデーライトはダイヤモンドよりも最大58％も硬いと予測されており、その潜在的な硬度は注目に値します。 実際に、ネバダ大学ラスベガス校と上海交通大学の研究者らが行った第一原理計算では、特定の条件下ではダイヤモンドよりもはるかに高い抵抗力を示すという結果が得られています。

硬度に関する研究

2009年の研究では、第一原理計算を用いて、ロンズデーライトは非常に大きな負荷をかけると、その抵抗力が78％も増加するというシミュレーション結果が発表されました。この結果から、純粋なロンズデーライトは152 GPaという超高圧に耐えられると推定されており、これはダイヤモンドの97 GPaを上回る数値です。ただし、これはIIa型ダイヤモンドの<111>先端硬度162 GPaをまだ下回ります。この研究は、ロンズデーライトの潜在的な硬度と、その可能性を最大限に引き出すための条件を解明する上で重要な一歩となりました。

結晶構造

ロンズデーライトの結晶構造は、ダイヤモンドと密接に関連しています。どちらも最密充填構造をとっていますが、ダイヤモンドが立方晶系であるのに対し、ロンズデーライトは六方晶系です。この違いは、炭素原子の結合様式の違いに由来します。ダイヤモンドの結晶構造は、シクロヘキサン環がいす型配座で連結しているのに対し、ロンズデーライトでは一部のシクロヘキサン環がふね型配座をとっています。このわずかな構造の違いが、両者の硬度や他の物理的特性の違いに繋がっていると考えられます。

まとめ

ロンズデーライトは、隕石衝突という極めて特殊な環境下で生成される稀少な鉱物です。その高い潜在的な硬度とユニークな結晶構造は、科学的な興味だけでなく、産業的な応用可能性も秘めており、今後の研究が期待されます。 特に、超硬材料としての利用や、その生成メカニズムの解明は、材料科学分野における重要な課題の一つと言えるでしょう。

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