世界一硬い物質は？

「世界一硬いものは？」と聞かれたら、多くの人がダイヤモンドと答えるでしょう。実際、ダイヤモンドは天然の物質としては群を抜いて硬く、宝石としてだけでなく、石やガラス、金属を削る工具にも使われています。

ところが、「硬さ」とは何かを突きつめていくと、話は意外にややこしくなります。そして研究の世界では、ダイヤモンドを超えるかもしれない物質の名前が、何度も話題にのぼってきました。

硬さのものさし「モース硬度」

硬さのものさしとして有名なのが、ドイツの鉱物学者フリードリッヒ・モースが1812年に考案した「モース硬度」です。10種類の鉱物を基準にして、どちらがどちらに引っかき傷をつけられるかで、1から10までの順位をつけます。いちばん柔らかい1が滑石（タルク）、9がルビーやサファイアの仲間であるコランダム、そして最高の10がダイヤモンドです。

ただし、モース硬度はあくまで順番を表すもので、目盛りは等間隔ではありません。9のコランダムと10のダイヤモンドのあいだには、測り方によっては数倍もの差があるとされます。ダイヤモンドは、ほかの鉱物から頭ひとつどころか、はるかに抜きん出ているのです。

同じ炭素なのに、鉛筆の芯は柔らかい

ダイヤモンドは、炭素の原子だけでできています。一つひとつの炭素原子が、となりの4つの炭素原子と強く結びつき、その骨組みが立体的にどこまでも続いています。どの方向から押されても、がっちりした骨組みが力を受け止めるので、とても変形しにくいのです。

おもしろいのは、鉛筆の芯に使われる黒鉛も、同じ炭素だけでできていることです。黒鉛では炭素が平らな層をつくり、層と層のあいだは弱い力でつながっているだけなので、ずるりとはがれます。紙に字が書けるのはそのためです。同じ原子でも、並び方しだいで最も硬い物質にもなれば、柔らかい物質にもなるのです。

硬いけれど、割れないわけではない

ここで注意したいのは、「硬い」と「壊れにくい」は別の性質だということです。モース硬度が表すのは、傷のつきにくさ。いっぽう、たたいたときの割れにくさは「靭性（じんせい）」と呼ばれます。

ダイヤモンドは傷にはめっぽう強いものの、特定の方向に沿って割れやすい「へき開」という性質を持っています。ハンマーで強くたたけば、割れたり欠けたりしてしまいます。世界一硬いといわれる宝石も、決して無敵ではないのです。

「ダイヤモンド超え」の候補たち

では、ダイヤモンドより硬い物質はあるのでしょうか。候補としてよく名前が挙がるのが、ロンズデーライトと、ウルツ鉱型窒化ホウ素です。ロンズデーライトはダイヤモンドと同じ炭素でできていて、原子の積み重なり方だけが違う物質で、隕石の中などから見つかっています。2009年に発表されたコンピューターによる計算では、ある条件のもとでロンズデーライトはダイヤモンドより約58％、ウルツ鉱型窒化ホウ素は約18％硬くなりうると予測されました。

ただし、これはあくまで計算上の話です。どちらも純粋で大きな結晶を手に入れるのが難しく、実際に測ってダイヤモンドを上回ったと確かめられたわけではありません。ウルツ鉱型窒化ホウ素では、実験でダイヤモンドよりかなり柔らかいという結果も報告されています。

いっぽう、人工のダイヤモンドの中には、ふつうの結晶より硬いことが実験で示されたものがあります。愛媛大学の研究グループが合成した、ごく小さな結晶がぎっしり集まった「ナノ多結晶ダイヤモンド」は、2003年に発表され、単結晶のダイヤモンドと同等以上の硬さを示しました。2014年には中国などの研究チームが、さらに細かい構造をもつ「ナノ双晶ダイヤモンド」で、天然ダイヤモンドの約2倍の硬さを報告しています。世界一の座は、いまのところダイヤモンド自身が、姿を変えながら守っているといえそうです。