特開 2022-92246 ダイヤモンドアンビルとその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022092246

(43)【公開日】2022-06-22

(54)【発明の名称】ダイヤモンドアンビルとその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/04 20060101AFI20220615BHJP

   C30B 25/20 20060101ALI20220615BHJP

   C01B 32/28 20170101ALI20220615BHJP

   C23C 16/27 20060101ALI20220615BHJP

【ＦＩ】

C30B29/04 W

C30B29/04 P

C30B25/20

C01B32/28

C23C16/27

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020204936

(22)【出願日】2020-12-10

(71)【出願人】

【識別番号】503359821

【氏名又は名称】国立研究開発法人理化学研究所

(71)【出願人】

【識別番号】301023238

【氏名又は名称】国立研究開発法人物質・材料研究機構

(74)【代理人】

【識別番号】100097515

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 実

(74)【代理人】

【識別番号】100136700

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 俊博

(72)【発明者】

【氏名】福井 宏之

(72)【発明者】

【氏名】バロン， アルフレッド

(72)【発明者】

【氏名】高野 義彦

(72)【発明者】

【氏名】松本 凌

【テーマコード（参考）】

4G077

4G146

4K030

【Ｆターム（参考）】

4G077AA03

4G077BA03

4G077DB01

4G077EB01

4G077ED06

4G077HA20

4G077TA04

4G077TK01

4G146AA04

4G146AA17

4G146AB05

4G146AB07

4G146AD36

4G146BC09

4K030AA10

4K030AA17

4K030BA28

4K030CA01

4K030DA03

4K030DA08

4K030FA01

(57)【要約】

【課題】ダイヤモンドアンビルにより試料に超高圧（例えば１５０ＧＰａ程度の圧力）を作用させている状態でダイヤモンドアンビルにＸ線が長時間照射された場合に、Ｘ線の影響でダイヤモンドアンビルが破損することを抑制する
【解決手段】試料を加圧するためのダイヤモンドアンビル２０は、ダイヤモンドの本体１０と、本体１０の表面に形成されたＣＶＤダイヤモンド膜２１とを有する。本体１０は、試料を配置する箇所に相当する先端面１１を有する。ＣＶＤダイヤモンド膜２１は、本体１０の表面において少なくとも先端面１１を含む領域に形成されている。
【選択図】図４Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料を加圧するためのダイヤモンドアンビルであって、
ダイヤモンドの本体と、前記本体の表面に形成されたＣＶＤダイヤモンド膜とを有する、ダイヤモンドアンビル。

【請求項2】

前記本体は、試料を配置する箇所に相当する先端面を有し、
前記ＣＶＤダイヤモンド膜は、前記本体の前記表面において少なくとも前記先端面を含む領域に形成されている、請求項１に記載のダイヤモンドアンビル。

【請求項3】

前記ＣＶＤダイヤモンド膜の表面を構成するダイヤモンド結晶は、酸素終端されている、請求項１又は２に記載のダイヤモンドアンビル。

【請求項4】

前記ＣＶＤダイヤモンド膜の表面を構成するダイヤモンド結晶は、水素終端されている、請求項１又は２に記載のダイヤモンドアンビル。

【請求項5】

前記ＣＶＤダイヤモンド膜の表面において、所定形状の局所的な凹部としての印が形成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載のダイヤモンドアンビル。

【請求項6】

試料を加圧するためのダイヤモンドアンビルの製造方法であって、
（Ａ）ダイヤモンドの本体を用意し、
（Ｂ）化学気相成長法により前記本体の表面にＣＶＤダイヤモンド膜を形成して、前記本体と前記ＣＶＤダイヤモンド膜とを有するダイヤモンドアンビルを得る、ダイヤモンドアンビルの製造方法。

【請求項7】

前記本体は、試料を配置する箇所に相当する先端面を有し、
前記（Ｂ）では、前記本体の前記表面において少なくとも前記先端面を含む領域に、前記ＣＶＤダイヤモンド膜を形成する、請求項６に記載のダイヤモンドアンビルの製造方法。

【請求項8】

前記（Ｂ）の前に、前記本体の前記表面に水素プラズマを接触させる、請求項６又は７に記載のダイヤモンドアンビルの製造方法。

【請求項9】

前記（Ｂ）の後に、前記ＣＶＤダイヤモンド膜の表面を構成するダイヤモンド結晶を酸素終端させる酸素終端処理を行う、請求項６～８のいずれか一項に記載のダイヤモンドアンビルの製造方法。

【請求項10】

前記本体は、ダイヤモンドを所定の形状にカットし、カットされた当該形状のダイヤモンドの表面を研磨して得られたものである、請求項６～９のいずれか一項に記載のダイヤモンドアンビルの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、試料に高圧力を作用させるためのダイヤモンドアンビルに関する。

【背景技術】

【0002】

超高圧状況下の試料の物性（電気抵抗、Ｘ線散乱スペクトル等）を測定するために、ダイヤモンドアンビルを用いて試料に高圧力を作用させる。ダイヤモンドアンビルは、小さな先端面を有する略円錐形状の本体であり、例えば天然のダイヤモンドをカットし研磨することにより得られる。

【0003】

このような1対のダイヤモンドアンビルは、互いの先端面同士が対向するように配置され、両先端面の間に試料を挟んだ状態で、１対のダイヤモンドアンビルを互いに押し付けるように高圧を作用させる。これにより、超高圧（例えば１５０ＧＰａ～２００ＧＰａ）を試料に作用させる。このように超高圧が作用している試料の物性を測定することにより、超高圧状況下の試料の物性を測定して、試料の新機能の探索を進めることができる。

【0004】

例えば、液体窒素により凝固させた硫化水素を試料として、上述のように１５０ＧＰａ程度の超高圧を当該硫化水素に作用させて、その物性として電気抵抗を測定したところ、硫化水素が、絶対温度２００Ｋを超える高い超電導転移温度を示すことが発見されている。

【0005】

なお、ダイヤモンドアンビルは、例えば特許文献１に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１８－１２８２８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述のようにダイヤモンドアンビルにより、試料（例えば、凝固した硫化水素）に１５０ＧＰａ程度の圧力を作用させた状態で、その物性（Ｘ線散乱スペクトル等）を測定するために、試料にＸ線を長時間（例えば１２時間程度）照射し続けると、Ｘ線の影響によりダイヤモンドアンビルが破損してしまう問題がある。

【0008】

本発明は、この問題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明の目的は、ダイヤモンドアンビルにより試料に超高圧（例えば１５０ＧＰａ程度の圧力）を作用させている状態でダイヤモンドアンビルにＸ線が長時間照射された場合に、Ｘ線の影響でダイヤモンドアンビルが破損することを抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上述の目的を達成するため、本発明によると、試料を加圧するためのダイヤモンドアンビルであって、
ダイヤモンドの本体と、前記本体の表面に形成されたＣＶＤダイヤモンド膜とを有する、ダイヤモンドアンビルが提供される。

【0010】

また、本発明によると、試料を加圧するためのダイヤモンドアンビルの製造方法であって、
（Ａ）ダイヤモンドの本体を用意し、
（Ｂ）化学気相成長法により前記本体の表面にＣＶＤダイヤモンド膜を形成して、前記本体と前記ＣＶＤダイヤモンド膜とを有するダイヤモンドアンビルを得る、ダイヤモンドアンビルの製造方法が提供される。

【発明の効果】

【0011】

本発明によると、ダイヤモンドの本体の表面にＣＶＤダイヤモンド膜が形成されている。これにより、ダイヤモンドアンビルを用いて試料に超高圧を作用させた状態で、試料およびダイヤモンドアンビルにＸ線を長時間照射することでダイヤモンドアンビルが破損することを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明が適用可能なダイヤモンドアンビルの一例を示す側面図である。

【図2】1対のダイヤモンドアンビルを用いて試料を加圧する場合の説明図である。

【図3A-3D】割れが発生したダイヤモンドアンビルを、その先端面側から見た実際の画像である。

【図4A】本発明の実施形態によるダイヤモンドアンビルの構成を示す側面図である。

【図4B】図４Ａの４Ｂ－４Ｂ矢視図である。

【図5A-5B】ＣＶＤダイヤモンド膜の表面においてダイヤモンド結晶が酸素終端されている結晶構造例の模式図である。

【図6A-6B】ＣＶＤダイヤモンド膜の表面においてダイヤモンド結晶が水素終端されている結晶構造例の模式図である。

【図7】本発明の実施形態によるダイヤモンドアンビルの製造方法を示すフローチャートである。

【図8A】実施例によるダイヤモンドアンビルを、Ｘ線照射前に、その先端面を裏面側から観察した画像である。

【図8B】実施例によるダイヤモンドアンビルを、Ｘ線照射後に、その先端面を裏面側から観察した画像である。

【図9A】比較例によるダイヤモンドアンビルを、Ｘ線照射前に、その先端面を裏面側から観察した画像である。

【図9B】比較例によるダイヤモンドアンビルを、Ｘ線照射後に、その先端面を裏面側から観察した画像である。

【図10】図４Ｂにおいて、ダイヤモンドアンビルの表面に印が設けられた場合を示す。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

【0014】

（本発明が適用可能なダイヤモンドアンビル）
図１は、本発明が適用可能なダイヤモンドアンビル１０の一例を示す側面図である。ダイヤモンドアンビル１０は、試料に高圧力を加えるためのものである。ダイヤモンドアンビル１０は、先端面１１と、先端面１１側の傾斜面１２と、先端面１１と反対側に位置する基底部１３とを有する。先端面１１は、ダイヤモンドアンビル１０により試料を加圧する時に試料が配置される面（キュレットともいう）である。また、基底部１３は、先端面１１と反対側を向く底面１５を有する。

【0015】

ダイヤモンドアンビル１０は、先端面１１から基底部１３へ移行するにつれて断面積が次第に大きくなっていく形状を有する。この場合、傾斜面１２は、先端面１１からダイヤモンドアンビル１０の基底部１３まで、ダイヤモンドアンビル１０の中心軸Ｃに対して（例えば４５度より大きく）傾斜した方向に中心軸Ｃから離れていくように延びるとともに、中心軸Ｃを回る周方向に延びて１周している。

【0016】

なお、上記断面積は、ダイヤモンドアンビル１０の中心軸Ｃと直交する仮想平面による断面の面積である。中心軸Ｃは、基底部１３から先端面１１の側を向いている。先端面１１と底面１５は、中心軸Ｃに直交する面であってよい。

【0017】

ダイヤモンドアンビル１０において、先端面１１から傾斜面１２と基底部１３との境界までの部分の形状は、略円錐形状であってよく、例えば、多角錐（一例では正十六角錐）の先端部をカットした接頭多角錐の形状であってよい。なお、先端面１１は、１０μｍ以上１ｍｍ以下の程度の寸法（例えば直径）を有する面であってよいが、この寸法の面に限定されない。

【0018】

図２は、上述のダイヤモンドアンビル１０を1対用いて試料を加圧する場合の説明図である。図２において、側方から見た場合の各ダイヤモンドアンビル１０を図示しているが、後述のガスケット１４は、ダイヤモンドアンビル１０の中心軸Ｃを含む平面による断面として図示している。

【0019】

図２のように、1対のダイヤモンドアンビル１０を、互いの先端面１１が対向するように配置し、先端面１１同士の間に試料を配置する。この時、試料（図示せず）は、ガスケット１４を用いて配置されてよい。ガスケット１４は、中央部に貫通穴が形成された板状のシール部材である。この貫通穴に試料を配置した状態で、試料と共にガスケット１４を両方の先端面１１同士の間に配置する。この状態で、図示しない加圧機構を用いて、各ダイヤモンドアンビル１０の底面１５に、当該ダイヤモンドアンビル１０の先端面１１へ向かって荷重を作用させる。これにより、試料を、１対のダイヤモンドアンビル１０の先端面１１で挟み込んで、当該試料に超高圧（例えば１５０ＧＰａ～２００ＧＰａ）を作用させる。この時、ガスケット１４は、変形してもダイヤモンドアンビル１０に密着していることにより、試料が先端面１１から外れることを防止する。

【0020】

図２の各ダイヤモンドアンビル１０は、天然のダイヤモンドをカットして、カットした当該ダイヤモンドの表面を研磨することにより得られたものである。このようなダイヤモンドアンビル１０により、上述した図２のように、試料（例えば、凝固した硫化水素）に超高圧（１５０ＧＰａ～２００ＧＰａ）の圧力を作用させた状態で、その物性（Ｘ線散乱スペクトル等）を測定するために、当該試料にＸ線を長時間（例えば１２時間程度）照射し続けると、Ｘ線の影響によりダイヤモンドアンビル１０が破損してしまう。

【0021】

このように破損したダイヤモンドアンビル１０を図３Ａ～図３Ｄに示す。図３Ａ～図３Ｄは、それぞれ、ダイヤモンドアンビル１０を、その先端面１１側から見た実際の画像である。図３Ａ～図３Ｄのように、ダイヤモンドアンビル１０には、多数の割れが発生して破損している。なお、図３Ａ～図３Ｄでは、ダイヤモンドアンビル１０は照明光の影響で不透明に見えている。

【0022】

（本発明の実施形態の構成）
このような破損を抑制するための本発明の実施形態によるダイヤモンドアンビル２０について説明する。図４Ａは、本発明の実施形態によるダイヤモンドアンビル２０の構成を示す側面図である。図４Ｂは、図４Ａの４Ｂ－４Ｂ矢視図である。

【0023】

本実施形態によるダイヤモンドアンビル２０は、上述したダイヤモンドアンビル１０の表面にＣＶＤダイヤモンド膜２１を形成したものである。すなわち、試料の加圧に使用されていない上述のダイヤモンドアンビル１０をダイヤモンドの本体として、当該本体１０の表面にＣＶＤダイヤモンド膜２１を形成したものが、本実施形態のダイヤモンドアンビル２０である。本実施形態では、ＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面は、研磨されないので、当該表面には研磨跡（後述するナノメートルオーダーの極微小なクラック等）が、例えば、少ないか又はほとんど存在しない。

【0024】

本実施形態によると、本体１０の表面において、少なくとも先端面１１（試料を配置する箇所に相当する先端面）の全体に、合成（すなわち人工）のダイヤモンド膜としてのＣＶＤダイヤモンド膜２１が形成されていてよい。一例では、図３Ａのように、本体１０の表面において、先端面１１と傾斜面１２（例えば先端面１１と傾斜面１２の全体）に、ＣＶＤダイヤモンド膜２１が形成されていてよい。ＣＶＤダイヤモンド膜２１の厚みは、例えば１０ｎｍ以上であり１００ｎｍ以下（一例では４０ｎｍ以下）であってよい。この場合、ＣＶＤダイヤモンド膜２１の厚みの上限は、数百ｎｍ程度であってもよい。

【0025】

ＣＶＤダイヤモンド膜２１のうち、先端面１１上に形成された部分の表面は、ダイヤモンドアンビル２０の新たな先端面２１ａとなる。また、この場合、ＣＶＤダイヤモンド膜２１のうち、傾斜面１２上に形成された部分の表面は、ダイヤモンドアンビル２０の新たな傾斜面２１ｂとなる。傾斜面２１ｂは、傾斜面１２と同様に、先端面２１ａからダイヤモンドアンビル２０の基底部１３まで、ダイヤモンドアンビル２０の中心軸Ｃに対して（例えば４５度より大きく）傾斜した方向に中心軸Ｃから離れていくように延びるとともに、中心軸Ｃを回る周方向に延びて１周している。なお、ダイヤモンドアンビル２０は、上述のダイヤモンドアンビル１０と同じ形状を有する。すなわち、ダイヤモンドアンビル２０において、先端面２１ａから傾斜面２１ｂと基底部１３との境界までの部分の形状は、略円錐形状であってよく、例えば、多角錐（一例では正十六角錐）の先端部をカットした接頭多角錐の形状であってよい。

【0026】

また、ＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面（例えば、表面全体）を構成するダイヤモンド結晶が酸素終端されていてよい。すなわち、ＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面を構成するダイヤモンド結晶において、炭素原子の各未結合手（ダングリングボンド）に酸素原子が結合されていてよい。

【0027】

或いは、ＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面（例えば、表面全体）を構成するダイヤモンド結晶が水素終端されていてよい。すなわち、ＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面を構成するダイヤモンド結晶において、炭素原子の各未結合手に水素原子が結合されていてよい。

【0028】

図５Ａと図５Ｂは、ＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面においてダイヤモンド結晶が酸素終端されている結晶構造例の模式図である。図５Ａと図５Ｂにおいて、各白丸は、炭素原子であり、斜線が付された各丸は、酸素原子である。また、図５Ａと図５Ｂにおいて、上側が、ＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面側である。図５Ｂの場合のように、ＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面を構成するダイヤモンド結晶の未結合手に結合された酸素原子により、架橋結合が形成されていてよい。

【0029】

図６Ａと図６Ｂは、ＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面においてダイヤモンド結晶が水素終端されている結晶構造例の模式図である。図６Ａと図６Ｂにおいて、大きい方の各白丸は、炭素原子であり、小さい方の各白丸は、水素原子である。また、図６Ａと図６Ｂにおいて、上側が、ＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面側である。

【0030】

なお、ＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面において、ダイヤモンド結晶が酸素終端又は水素終端されている具体的な形態は、図５Ａ～図６Ｂの各例に限定されない。

【0031】

（ダイヤモンドアンビルの製造方法）
図７は、本発明の実施形態によるダイヤモンドアンビル２０の製造方法を示すフローチャートである。本実施形態によるこの製造方法は、ステップＳ１～Ｓ４を有する。

【0032】

ステップＳ１では、ダイヤモンドの本体１０を用意する。例えば、ステップＳ１では、図１に示す上述のダイヤモンドアンビル１０をダイヤモンドアンビル本体１０として用意する。一例では、ステップＳ１で用意された本体１０は、ダイヤモンド（例えば天然の単結晶ダイヤモンド）を所定の形状（例えば略円錐形状）にカットし、カットされた当該形状のダイヤモンドの表面を研磨して得られたものである。

【0033】

ステップＳ２では、本体１０の表面（例えば先端面１１の全体と傾斜面１２の全体）に水素プラズマを接触させる。ステップＳ２は、次のように行われてよい。本体１０を真空チャンバーに入れる。次に、真空チャンバーの内部を真空ポンプで吸引することにより、真空チャンバーの内部を真空にする。その後、真空状態の当該チャンバーの内部に水素ガスを導入し、水素プラズマを発生させる。この水素プラズマは、例えば真空チャンバーの内部にマイクロ波を導入することにより発生させられてよい。

【0034】

このように発生した水素プラズマを本体１０の表面に接触させることにより（例えば、水素プラズマを本体１０の表面に照射することにより）、当該表面のクリーニングを行う。これにより、本体１０の表面における不良部分を除去することができる。ここで、不良部分は、例えば、結晶性が悪い部分、水素や酸素が結合している部分、微細な割れ部分などであってよい。なお、ステップＳ２の処理条件の一例では、上記チャンバー内に導入するマイクロ波のエネルギー（強さ）は７５０Ｗ程度であり、上記チャンバー内に導入する水素ガスの流量と圧力はそれぞれ３００ｓｃｃｍ程度と３５ｔｏｒｒ程度であり、処理温度（本体１０の表面温度）は８００℃程度であり、処理時間は５分程度である。ただし、ステップＳ２の処理条件は、これに限定されない。

【0035】

ステップＳ２を終えたら、例えば上述のマイクロ波の強さ（単位面積あたり強さ）を低下させることにより、水素プラズマの発生強度を低下させる。このように水素プラズマの発生強度を低下させた状態を、後述のステップＳ３が終了するまで維持する。すなわち、ステップＳ３が終了するまで、真空チャンバー内への水素ガスの導入と、真空チャンバー内へのマイクロ波の導入を継続させて、真空チャンバー内を水素プラズマ雰囲気に維持する。また、真空チャンバー内の減圧による真空状態も、ステップＳ３が終了するまで維持する。

【0036】

ステップＳ３では、化学気相成長（CVD: Chemical Vapor Deposition）法により、本体１０の表面にＣＶＤダイヤモンド膜２１を形成する。本実施形態では、ステップＳ３では、ＣＶＤ法により、本体１０の表面において少なくとも先端面１１の全体を含む領域（例えば先端面１１の全体と傾斜面１２の全体）に、ＣＶＤダイヤモンド膜２１を形成する。

【0037】

ステップＳ３は、次のように行われてよい。本体１０が入れられている上述の真空チャンバー内に、更に炭化水素ガス（例えばメタンガス）を導入する。この炭化水素が、カーボンソースとして機能して、本体１０の表面に、ダイヤモンド膜（すなわち上述のＣＶＤダイヤモンド膜２１）を成長させていく。このダイヤモンド膜の厚みが十分（例えば１０ｎｍ～４０ｎｍ程度）になったら、ステップＳ３を終了する。例えば、真空チャンバーの内部への炭化水素ガスの導入を停止し、上述の水素プラズマの発生を停止させ、真空チャンバー内の減圧を停止する。なお、ステップＳ３の処理条件の一例では、上記チャンバー内に導入するマイクロ波のエネルギーは２５０Ｗ程度であり、上記チャンバー内に導入する水素ガスの流量と圧力はそれぞれ３００ｓｃｃｍ程度と３５ｔｏｒｒ程度であり、上記チャンバー内へのメタンガス（ＣＨ_４）の流量は０．２ｓｃｃｍ程度であり、処理温度（本体１０の表面温度）は６００℃程度であり、処理時間は２時間程度である。ただし、ステップＳ３の処理条件は、これに限定されない。

【0038】

ステップＳ３により形成されたＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面は、水素プラズマと接していたので、当該表面を構成するダイヤモンド結晶は、水素終端されている。すなわち、ＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面において、例えば図６Ａ又は図６Ｂのように、炭素原子の各未結合手に水素原子が結合されている。

【0039】

ステップＳ４では、ＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面の水素終端を炭素終端に変換する酸素終端処理を行う。これにより、ＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面を構成するダイヤモンド結晶は、例えば図５Ａ又は図５Ｂのように、炭素原子の各未結合手に酸素原子が結合された状態となる。

【0040】

ステップＳ４では、例えば、本体１０と当該本体１０の表面に形成されたＣＶＤダイヤモンド膜２１とを有するダイヤモンドアンビル２０を、上述の真空チャンバーから取り出し、酸素終端処理を行ってよい。酸素終端処理をＣＶＤダイヤモンド膜２１に対して行うことにより、ＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面を構成するダイヤモンド結晶を、水素終端されている状態から、酸素終端されている状態に変換する。

【0041】

酸素終端処理は、例えば、ダイヤモンドアンビル２０を、硫酸と硝酸の混合溶液に入れ、当該混合溶液を加熱する処理であってよい。なお、酸素終端処理の条件の一例では、硫酸に対する硝酸の混合比（硝酸／硫酸）は、１／３程度であり、混合溶液の温度は２００℃程度であり、処理時間は３０分程度である。ただし、酸素終端処理の条件は、これに限定されない。
また、酸素終端処理は、上記混合溶液を用いた処理に限定されず、他の処理であってもよい。例えば、酸素終端処理は、本体１０に形成したＣＶＤダイヤモンド膜２１を、高濃度オゾン又は酸素プラズマに晒す処理であってもよい。

【0042】

（本実施形態の効果）
本実施形態によるダイヤモンドアンビル２０の表面において、少なくとも先端面１１を含む領域に、ＣＶＤダイヤモンド膜２１が形成されている。これにより、ダイヤモンドアンビル２０を用いて試料に超高圧（例えば１５０ＧＰａ～２００ＧＰａ）を作用させた状態で、試料およびダイヤモンドアンビル２０にＸ線を長時間照射することでダイヤモンドアンビル２０が破損することを抑制できる。

【0043】

詳しくは、次の通りである。ダイヤモンドの本体１０にＣＶＤダイヤモンド膜２１を形成しない場合には、本体１０の表面は、機械研磨された状態であるので、当該表面に、ナノメートルオーダーの極微小な（例えば、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度の）クラックが発生している可能性がある。そこで、本実施形態では、本体１０の表面にＣＶＤダイヤモンド膜２１を形成している。ＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面のダイヤモンド結晶には、機械研磨による極微小なクラックは発生していないので、当該表面のダイヤモンド結晶は良好な状態になっているといえる。これにより、上述のように、本体１０の表面にＣＶＤダイヤモンド膜２１を形成したダイヤモンドアンビル２０により試料に超高圧を作用させながら、ダイヤモンドアンビル２０にＸ線を長時間照射した場合に、Ｘ線の影響でダイヤモンドアンビル２０が破損することを抑制できる。

【0044】

また、上述のように、ＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面を構成するダイヤモンド結晶は、酸素終端されていてよい。この場合、図５Ｂのように、当該ダイヤモンド結晶の未結合手に結合された酸素原子により架橋結合が形成され得る。これにより、ＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面におけるダイヤモンド結晶構造が更に安定する。その結果、上述のようなダイヤモンドアンビル２０の破損を更に抑制できる。

【0045】

（実施例）
この実施例では、上述の図７のフローチャートに従って製造した１対のダイヤモンドアンビル２０を用意した。これら1対のダイヤモンドアンビル２０の各々では、上述のように、その表面（先端面１１と傾斜面１２）にＣＶＤダイヤモンド膜２１が形成されており、当該ＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面を構成するダイヤモンド結晶は、酸素終端されている。

【0046】

また、上述の1対のダイヤモンドアンビル２０を用いて、図２のように試料に超高圧を作用させる実験を行った。この実験では、凝固させた硫化水素を試料として、１４５ＧＰａの超高圧を試料に与えながら、エネルギーが１８ｋｅＶのＸ線をダイヤモンドアンビル２０に３６時間以上照射した。

【0047】

このＸ線照射前とＸ線照射後のダイヤモンドアンビル２０の実際の画像を、それぞれ、図８Ａと図８Ｂに示す。図８Ａと図８Ｂは、ダイヤモンドアンビル２０をその裏面１５側から先端面２１ａを観察した画像である。図８Ａと図８Ｂは、ダイヤモンドアンビル２０により試料に超高圧を作用させている状態を示す。Ｘ線照射後の図８Ｂに示すように、ダイヤモンドアンビル２０は、上述の実験により破損しなかった。

【0048】

（比較例）
一方、比較例では、天然のダイヤモンドをカットして研磨することにより得られた１対のダイヤモンドアンビル１０を用意した。これら1対のダイヤモンドアンビル１０は、上述のステップＳ１で用意したダイヤモンドの本体１０と同じであり、その表面には、ＣＶＤダイヤモンド膜２１は形成されていない。

【0049】

用意した1対のダイヤモンドアンビル１０を用いて、図２のように試料に超高圧を作用させる実験を行った。この実験では、凝固させた硫化水素を試料として、１３５ＧＰａの超高圧を、試料に与えながら、エネルギーが１８ｋｅＶのＸ線をダイヤモンドアンビル１０に２４時間程度照射した。

【0050】

このＸ線照射前とＸ線照射後のダイヤモンドアンビル１０の実際の画像を、それぞれ、図９Ａと図９Ｂに示す。図９Ａと図９Ｂは、ダイヤモンドアンビル１０をその裏面１５側から先端面１１を観察した画像である。図９Ａと図９Ｂは、ダイヤモンドアンビル２０により試料に超高圧を作用させている状態を示す。Ｘ線照射後の図９Ｂに示すように、ダイヤモンドアンビル１０は、上述の実験により割れが生じて破損した。この損傷は、ダイヤモンドアンビル１０の表面におけるナノクラックに起因すると考えられる。例えば、硫化水素を圧縮すると水素が生じて当該クラックに入り、当該水素がダイヤモンド結晶構造のダングリングボンドと好ましくない結合をし、その結果、結晶が弱くなるとも考えられる。

【0051】

上述の実施例と比較例から分かるように、本体１０の表面にＣＶＤダイヤモンド膜２１を形成することにより、ダイヤモンドアンビル２０の破損を抑制できる。これは、ＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面におけるダイヤモンドには、ナノクラックが存在せず、その結晶性が良好であるためと考えられる。また、ＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面を構成するダイヤモンド結晶が酸素終端されていることにより、その結晶が更に強くなり、ダイヤモンドアンビル２０の破損が更に抑制されることを期待できる。

【0052】

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、本発明の実施形態によるダイヤモンドアンビル２０は、上述した複数の事項の全て有していなくてもよく、上述した複数の事項のうち一部のみを有していてもよい。

【0053】

また、以下の変更例１～４のいずれかを採用してもよいし、変更例１～４の２つ以上を任意に組み合わせて採用してもよい。この場合、以下で述べない点は、上述と同じである。

【0054】

（変更例１）
本発明のダイヤモンドアンビル２０は、人工的に製作された合成のダイヤモンドをカットしその表面を研磨することにより得られた本体１０の表面に、ＣＶＤダイヤモンド膜２１を形成したものであってもよい。

【0055】

（変更例２）
本発明のダイヤモンドアンビル２０は、その先端面２１ａと、他のダイヤモンドとの間に試料を挟み込んで試料を加圧するものであればよい。当該他のダイヤモンドは、ダイヤモンドアンビル２０と同じものであってもよいし、異なる形状のダイヤモンド（例えば基板状のダイヤモンド）であってもよい。当該異なる形状のダイヤモンドの表面にもＣＶＤダイヤモンド膜が形成されていてよい。

【0056】

（変更例３）
ダイヤモンドアンビル１０の表面にＣＶＤダイヤモンド膜２１を形成する処理は、上述した例に限定されない。

【0057】

（変更例４）
ＣＶＤダイヤモンド膜２１が表面に形成されたダイヤモンドアンビル２０と、ＣＶＤダイヤモンド膜２１が形成されていないダイヤモンドアンビル１０とを、その構造に基づいて互いに識別することが困難である。そのため、ＣＶＤダイヤモンド膜２１が形成されていることを示すための印が、ＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面（傾斜面２１ｂ）において、任意の所定形状の局所的な凹部として形成されていてもよい。当該所定形状は、上記印を傷等と識別できるように、人工的に形成されたことが示される整った形状や特徴的な形状（例えばＴ字形状）であってよい。図１０は、図４Ｂにおいて、上記印２２が設けられた場合を示す。

【0058】

印２２の上記所定形状は、印２２の位置においてＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面（例えば傾斜面２１ｂ）に直交する方向から見た形状（図１０では略矩形）を意味する。また、印２２の寸法（ＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面に沿った各方向の寸法）は、サブマイクロメートルのオーダ又はマイクロメートルのオーダ（例えば、０．１μｍ以上１０μｍ以下）であってよいが、これに限定されない。印２２としての凹部の深さは、ＣＶＤダイヤモンド膜２１の上述の厚みと同じである。ここで、深さとは、印２２の位置においてＣＶＤダイヤモンド膜２１の表面に直交する方向の深さであってよい。

【0059】

印２２は、次のように設けることができる。ダイヤモンドアンビル１０の表面にＣＶＤダイヤモンド膜２１を形成する前に（例えば上述のステップＳ２の前に）、ダイヤモンドの本体１０の表面（例えば傾斜面１２）における局所位置（例えば１箇所）に、微小な印２２用の金属マスク（金属微小部）を設ける。すなわち、本体１０の表面（例えば傾斜面１２）における局所位置に金属マスク（金属微小部）を設け、この状態で、本体１０の表面にＣＶＤダイヤモンド膜２１を形成してよい（例えば上述のステップＳ２～Ｓ４を行ってよい）。ＣＶＤダイヤモンド膜２１は金属マスク上には成膜されないため、ＣＶＤダイヤモンド膜２１の形成後に金属マスクを酸溶解することによって、任意の形状の印２２を、ダイヤモンドアンビル２０の表面（例えば傾斜面２１ｂ）に凹部として設けることができる。

【0060】

なお、上記金属マスクは、例えば、リソグラフィーなどを用いて、圧力発生に影響しない傾斜面１２に形成してよい。金属マスクは、例えば、面積が１μｍ^２程度の矩形であり、厚みが１００ｎｍ程度である。ここで、矩形とは、金属マスクの位置においてダイヤモンドアンビル２０の表面（例えば傾斜面２１ｂ）に直交する方向から見た場合の形状であり、厚みとは、当該直交する方向の厚みである。ただし、金属マスクの面積、形状、厚みは、上記の例に限定されない。

【0061】

本変更例４では、印２２の存在を確認することにより、当該ダイヤモンドアンビル２０は、ＣＶＤダイヤモンド膜２１が形成されたものであると識別することが可能となる。

【符号の説明】

【0062】

１０ ダイヤモンドアンビル（本体）
１１ 先端面（キュレット）
１２ 傾斜面
１３ 基底部
１４ ガスケット
１５ 底面
２０ ダイヤモンドアンビル
２１ ＣＶＤダイヤモンド膜
２１ａ 先端面
２１ｂ 傾斜面
２２ 印（凹部）
Ｃ 中心軸

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10】