中国の鄭州大学（ZZU）と日本の北陸先端科学技術大学院大学（JAIST）などで行われた研究によって、ダイヤモンドをナノメートルサイズまで小さくしていくと、約30%も柔らかくなることが判明しました。
また小さなダイヤを押しつぶしていくと、約15%縮めたところで永久変形が始まるものの、割れることはなく、その手前の範囲では圧を抜けば元に戻ることも示されています。
さらに研究では柔らかさの変化の原因が表面ではなかったことも示されています。
いったいなぜ、世界一硬いはずのダイヤモンドが、小さくなると柔らかくなるのでしょうか？
研究内容の詳細は2026年4月10日に『Physical Review X』にて発表されました。
目次
- 「硬い」には3つの顔がある──ダイヤモンドの意外な弱点
- 小さなダイヤは予想以上に大きな弾力を持つと判明
- ダイヤが柔らかくなったのは表面のせいではなかった
- なぜダイヤの表面は硬く、内側が柔らかくなったのか──原子たちの”手の配り直し”
- ナノダイヤは”天然の日本刀”だった──書き換えられる常識
「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。
小さなダイヤは予想以上に大きな弾力を持つと判明
ダイヤは小さければ小さいほど柔らかくなるのか？
答えを得るため研究者たちは、4〜13ナノメートルのサイズのダイヤを押しつぶし、「どれだけ力に対して変形しにくいか」を表すヤング率を測定することにしました。
ただナノサイズの測定では、とにかく外の影響が入り込みます。
部屋の温度が0.1度変わるだけで装置が伸び縮みし、装置の近くで誰かが歩いただけで床の振動がノイズになる。
空気中の小さな塵が1粒混じっただけで、測定値は崩壊してしまう。
そこで研究チームは地上の気圧の約1兆分の1という超高真空環境を作り、さらに約100個もの別々のナノダイヤで同じ実験を繰り返すという、気の遠くなるような反復作業に取り組みました。
1個だけの結果なら偶然のブレかもしれませんが、100個なら確かな傾向が見えてくる──からです。
結果、その努力が実を結びました。
100個近いナノダイヤを押しつぶしていくと、直径4ナノメートルから13ナノメートルの範囲で系統的に測定した結果、明確な傾向が浮かび上がったのです。
具体的には
直径12ナノメートルのダイヤ → ヤング率 約1000ギガパスカル（普通のダイヤとほぼ同じ）
直径8ナノメートルのダイヤ → ヤング率 約850ギガパスカル
直径4ナノメートルのダイヤ → ヤング率 約700ギガパスカル
という結果です。
直径を約3分の1に縮めただけで、硬さが約30%も低下してしまったわけです。
さらに4ナノメートルのダイヤを押しつぶしていくと、全体の約15%まで縮めたところで初めて永久変形が始まることも分かりました。
それでも普通のダイヤのようにひび割れて砕け散ることはなく、15%までの範囲なら圧を抜けば元に戻るという結果です。
通常のダイヤが1〜2%であることを考えると、圧倒的なプニプニ化と言えるでしょう。
これは、世界最硬を誇るダイヤの常識を考えれば、衝撃的な変化です。
しかし、本当に驚くべきことは「どこが原因か？」でした。
