JP2013028497A - Polycrystalline diamond and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide polycrystalline nanodiamond utilizable to magnetic sensing, and to provide a production method thereof.SOLUTION: This polycrystalline nanodiamond 1 is composed of carbon with ≥99.9 mass% purity ofC carbon isotope, and a plurality of impurities other than carbon, where the concentration of the plurality of impurities is each 0.01 mass% or less, and the crystal grain diameter is 500 nm or less. This polycrystalline nanodiamond 1 has ≥99.9 mass% purity ofC carbon isotope, and can be produced by pyrolyzing hydrocarbon gas with ≥99 mass% chemical purity to obtain graphite, and applying heat treatment to the obtained graphite in a high temperature, high pressure press machine to convert the graphite into diamond.

Description

本発明は、多結晶ダイヤモンドおよびその製造方法に関し、特に、磁気センシングに利用可能であり、ナノサイズの結晶粒を持つ多結晶ダイヤモンド(以下、「ナノ多結晶ダイヤモンド」と称する)およびその製造方法に関する。   The present invention relates to polycrystalline diamond and a method for producing the same, and more particularly to polycrystalline diamond having nano-sized crystal grains (hereinafter referred to as “nanopolycrystalline diamond”) and a method for producing the same. .

ダイヤモンドの内部のNV(Nitrogen−Vacancy)センターを利用することで、磁気センシングを行うことができることは知られている。例えばJ.R.Maze et al.,"Nanoscale magnetic sensing with an individual electronic spin in diamond", Nature vol.455,p.644〜647(2008)には、ダイヤモンド中の個々の電子スピンを利用した磁気センシングに関する報告がなされている。   It is known that magnetic sensing can be performed by using an NV (Nitrogen-Vacancy) center inside a diamond. For example, J. et al. R. Maze et al. , “Nanoscale magnetic sensing with an individual electrical spin in diamond”, Nature vol. 455, p. 644-647 (2008) reports on magnetic sensing using individual electron spins in diamond.

J.R.Maze et al.,"Nanoscale magnetic sensing with an individual electronic spin in diamond", Nature vol.455,p.644〜647(2008)J. et al. R. Maze et al. , “Nanoscale magnetic sensing with an individual electrical spin in diamond”, Nature vol. 455, p. 644-647 (2008)

しかし、ダイヤモンド中に不純物が多く存在することで、該不純物が、NVセンターの蛍光強度に悪影響を及ぼし、また感度を決定する共鳴線幅を広げることにもなり、結果として磁気センシングの精度を低下させることが懸念される。   However, the presence of many impurities in the diamond adversely affects the fluorescence intensity of the NV center and also widens the resonance line width that determines the sensitivity, resulting in a decrease in the accuracy of magnetic sensing. There is concern about making it happen.

ところで、従来の多結晶ダイヤモンドの合成工程においては、水素、窒素、シリコン、硼素を代表とする多くの不純物がダイヤモンド中に混入してしまう。例えば黒鉛を直接ダイヤモンドに変換することでナノ多結晶ダイヤモンドを作製することができるが、市販の黒鉛はコークスやピッチから作製されるため、黒鉛中への不純物の取込みを回避するのは困難である。そのため、当該方法で合成された多結晶ダイヤモンド中にも不純物が取り込まれてしまう。また、たとえ黒鉛の高純度化を行ったとしても、現状の技術では、黒鉛の製造中に混入する不純物を除去するのは困難である。この除去しきれなかった不純物が、合成後のダイヤモンド結晶の結晶粒界に偏析することとなる。   By the way, in the conventional synthesis process of polycrystalline diamond, many impurities such as hydrogen, nitrogen, silicon and boron are mixed in the diamond. For example, nano-polycrystalline diamond can be produced by directly converting graphite into diamond, but since commercially available graphite is produced from coke and pitch, it is difficult to avoid the incorporation of impurities into the graphite. . Therefore, impurities are also taken into the polycrystalline diamond synthesized by the method. Moreover, even if the graphite is highly purified, it is difficult to remove impurities mixed in during the production of graphite with the current technology. The impurities that could not be removed segregate at the grain boundaries of the synthesized diamond crystal.

このように、多結晶ダイヤモンドには、多くの不純物が含まれることから、多結晶ダイヤモンドを利用して磁気センシングに適した基板を作製することは困難であると考えられてきた。特に、ナノサイズの小さな結晶粒を持つナノ多結晶ダイヤモンドの場合には、困難性が高いと考えられてきた。   Thus, since polycrystalline diamond contains many impurities, it has been considered difficult to produce a substrate suitable for magnetic sensing using polycrystalline diamond. In particular, nano-polycrystalline diamond having small nano-sized crystal grains has been considered to be highly difficult.

そこで、本発明は、磁気センシングに利用可能なナノ多結晶ダイヤモンドおよびその製造方法を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the nano polycrystalline diamond which can be utilized for magnetic sensing, and its manufacturing method.

本発明に係る多結晶ダイヤモンドは、特定の炭素同位体で実質的に構成され、多結晶体でありながら、磁気センシングに利用可能なダイヤモンドである。具体的には、該多結晶ダイヤモンドは、炭素同位体12Cの純度が99.9質量%以上である炭素と、炭素以外の複数の不純物とで構成される。複数の不純物の濃度は、それぞれ0.01質量%以下であり、結晶粒径(最大長さ)は500nm以下である。 The polycrystalline diamond according to the present invention is substantially composed of a specific carbon isotope, and is a diamond that can be used for magnetic sensing while being polycrystalline. Specifically, the polycrystalline diamond is composed of carbon having a carbon isotope 12 C purity of 99.9% by mass or more and a plurality of impurities other than carbon. The concentration of the plurality of impurities is 0.01% by mass or less, and the crystal grain size (maximum length) is 500 nm or less.

上記多結晶ダイヤモンドは、結晶粒径が小さく、かつ高純度の炭素同位体12Cを含み、全体にわたって不純物濃度の極めて低いものである。本発明の多結晶ダイヤモンドには、従来のような不純物の偏析も見られず、いずれの部分の不純物濃度も極めて低いものである。そのため、結晶粒界における不純物の濃度も、0.01質量%以下程度である。このように不純物濃度が極めて低く、結晶粒径が小さいことから、該多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度も高く、例えばヌープ硬度は150GPa以上である。 The polycrystalline diamond has a small crystal grain size, includes a high purity carbon isotope 12 C, and has an extremely low impurity concentration throughout. The polycrystalline diamond of the present invention shows no segregation of impurities as in the prior art, and the impurity concentration in any part is extremely low. Therefore, the impurity concentration at the crystal grain boundary is also about 0.01% by mass or less. Thus, since the impurity concentration is extremely low and the crystal grain size is small, the Knoop hardness of the polycrystalline diamond is also high. For example, the Knoop hardness is 150 GPa or more.

上記複数の不純物としては、例えば水素、酸素、窒素、シリコン、硼素を挙げることができる。多結晶ダイヤモンド中の水素の濃度は、例えば2×1018/cm以下程度であり、酸素の濃度は、例えば2×1017/cm以下程度であり、窒素の濃度は、例えば4×1016/cm以下程度であり、シリコンの濃度は、例えば1×1016/cm以下程度であり、硼素の濃度は、例えば2×1015/cm以下程度である。 Examples of the plurality of impurities include hydrogen, oxygen, nitrogen, silicon, and boron. The concentration of hydrogen in the polycrystalline diamond is, for example, about 2 × 10 18 / cm 3 or less, the concentration of oxygen is, for example, about 2 × 10 17 / cm 3 or less, and the concentration of nitrogen is, for example, 4 × 10 10 16 / cm 3 on the order or less, the concentration of silicon is for example, about 1 × 10 16 / cm 3 or less, the concentration of boron is, for example, about 2 × 10 15 / cm 3 or less.

上記多結晶ダイヤモンドは、1500℃以上の温度で、炭素同位体12Cの純度が99.9質量%以上である炭化水素を熱分解して得られた黒鉛(グラファイト)を焼結することで作製可能である。 The polycrystalline diamond is produced by sintering graphite (graphite) obtained by pyrolyzing a hydrocarbon having a carbon isotope 12 C purity of 99.9% by mass or more at a temperature of 1500 ° C. or higher. Is possible.

本発明に係る多結晶ダイヤモンドの製造方法は、炭素同位体12Cの純度が99.9質量%以上であり、化学純度が99質量%以上である炭化水素ガスを熱分解して得られる黒鉛を準備する工程と、高温高圧プレス装置内で上記黒鉛に熱処理を施して該黒鉛をダイヤモンドに変換する工程とを備える。 The method for producing polycrystalline diamond according to the present invention comprises a graphite obtained by pyrolyzing a hydrocarbon gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.9% by mass or more and a chemical purity of 99% by mass or more. A step of preparing, and a step of heat-treating the graphite in a high-temperature and high-pressure press to convert the graphite into diamond.

上記黒鉛をダイヤモンドに変換する工程では、焼結助剤や触媒を添加することなく、高圧下で黒鉛に熱処理を施すことが好ましい。また、上記黒鉛を準備する工程は、真空チャンバ内に導入した上記炭化水素ガスを好ましくは1500℃以上の温度で熱分解して基材上に黒鉛を形成する工程を含むものであってもよい。また、黒鉛をダイヤモンドに変換する工程では、基材上に形成された黒鉛に7GPa以上の高圧下で1500℃以上の熱処理を施してもよい。上記黒鉛中のかさ密度は、好ましくは、1.4g/cm以上である。 In the step of converting the graphite into diamond, it is preferable to heat-treat the graphite under high pressure without adding a sintering aid or a catalyst. The step of preparing the graphite may include a step of thermally decomposing the hydrocarbon gas introduced into the vacuum chamber at a temperature of preferably 1500 ° C. or higher to form graphite on the substrate. . In the step of converting graphite to diamond, the graphite formed on the substrate may be subjected to a heat treatment at 1500 ° C. or higher under a high pressure of 7 GPa or higher. The bulk density in the graphite is preferably 1.4 g / cm 3 or more.

本発明の多結晶ダイヤモンドでは、炭素中の炭素同位体12Cの濃度を99.9質量%以上と高くし、かつダイヤモンド中の各不純物濃度を0.01質量%以下と従来の多結晶ダイヤモンドと比較して極めて低くしているので、NVセンターを利用した磁気センシングを行うことができる。 In the polycrystalline diamond of the present invention, the concentration of carbon isotope 12 C in carbon is as high as 99.9% by mass or more, and the concentration of each impurity in diamond is 0.01% by mass or less. Since it is extremely low in comparison, magnetic sensing using the NV center can be performed.

本発明に係る多結晶ダイヤモンドの製造方法では、炭素同位体12Cの純度が99.9質量%以上であり、化学純度が99質量%以上である炭化水素ガスを熱分解して、炭素同位体12Cの純度が99.9質量%以上であり、化学純度が99質量%以上である黒鉛(固体炭素)を準備し、該黒鉛に熱処理を施してダイヤモンドに変換するので、高純度の炭素同位体12Cを含みかつ不純物濃度が極めて低い多結晶ダイヤモンドを作製することができる。つまり、NVセンターを利用した磁気センシングを行うことが可能な多結晶ダイヤモンドを作製することができる。 In the method for producing polycrystalline diamond according to the present invention, a carbon isotope is obtained by thermally decomposing a hydrocarbon gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.9% by mass or more and a chemical purity of 99% by mass or more. A graphite (solid carbon) having a purity of 12 C of 99.9% by mass or more and a chemical purity of 99% by mass or more is prepared, and the graphite is subjected to heat treatment to be converted into diamond. Polycrystalline diamond containing the body 12 C and having a very low impurity concentration can be produced. That is, a polycrystalline diamond capable of magnetic sensing using the NV center can be produced.

本発明の1つの実施の形態におけるナノ多結晶ダイヤモンドを、基材上に形成した黒鉛から作製している様子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a mode that the nano polycrystal diamond in one embodiment of this invention is produced from the graphite formed on the base material.

以下、本発明の実施の形態について図1を用いて説明する。
本実施の形態におけるナノ多結晶ダイヤモンドは、炭素同位体12Cで実質的に構成され、不純物量が極めて少ないものである。ここで、本明細書において「不純物」とは、炭素以外の元素をいう。典型的には、ナノ多結晶ダイヤモンドには複数の不可避不純物が含まれるが、本実施の形態におけるナノ多結晶ダイヤモンドでは、各不純物の濃度が、それぞれ0.01質量%以下である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The nano-polycrystalline diamond in the present embodiment is substantially composed of the carbon isotope 12 C and has an extremely small amount of impurities. Here, “impurities” in this specification refer to elements other than carbon. Typically, nanopolycrystalline diamond contains a plurality of inevitable impurities. In nanopolycrystalline diamond in the present embodiment, the concentration of each impurity is 0.01% by mass or less.

図1に示すように、本実施の形態のナノ多結晶ダイヤモンド1は、基材2上に形成される。該ナノ多結晶ダイヤモンド1は、基材2上に形成され、高純度の炭素同位体12Cで実質的に構成された黒鉛(グラファイト)10に熱処理を施すことで作製可能である。 As shown in FIG. 1, nanopolycrystalline diamond 1 of the present embodiment is formed on a substrate 2. The nano-polycrystalline diamond 1 can be produced by subjecting graphite (graphite) 10 formed on the base material 2 and substantially composed of high-purity carbon isotope 12 C to heat treatment.

本実施の形態のナノ多結晶ダイヤモンド1では、全体にわたって不純物濃度が極めて低く、従来のような不純物の偏析も見られず、いずれの部分の不純物濃度も極めて低くなる。このため、ナノ多結晶ダイヤモンドの結晶粒界における不純物の濃度も、0.01質量%以下程度となる。   In the nano-polycrystalline diamond 1 of the present embodiment, the impurity concentration is extremely low as a whole, no conventional segregation of impurities is observed, and the impurity concentration in any part is extremely low. For this reason, the concentration of impurities at the crystal grain boundaries of nano-polycrystalline diamond is also about 0.01% by mass or less.

このように、本実施の形態のナノ多結晶ダイヤモンド1では、ダイヤモンド中の各不純物濃度を0.01質量%以下と極めて低くしているので、不純物が、ダイヤモンド内部のNVセンターの蛍光強度や、感度を決定する共鳴線幅に悪影響を及ぼすことを効果的に抑制することができる。その結果、本実施の形態のナノ多結晶ダイヤモンドにより、NVセンターを利用した磁気センシングを行うことができる。   Thus, in the nano-polycrystalline diamond 1 of the present embodiment, the concentration of each impurity in the diamond is extremely low at 0.01% by mass or less, so that the impurities are the fluorescence intensity of the NV center inside the diamond, It is possible to effectively suppress adverse effects on the resonance line width that determines the sensitivity. As a result, magnetic sensing using the NV center can be performed by the nanopolycrystalline diamond of the present embodiment.

また、炭素同位体12Cを濃縮して99.9質量%以上(炭素同位体13Cを含む場合には、炭素同位体13Cの濃度が0.1質量%以下)に高純度化することにより、不要な核スピンや電子スピンをも効果的に抑制することができる。さらに、炭素同位体12Cと炭素同位体13Cの混合状態によって構成されるダイヤモンド結晶においては、炭素同位体13Cの濃度を0.1質量%以下とすることにより、核スピンの影響をより効果的に低減することができる。 Further, the carbon isotope 12 C is concentrated to be highly purified to 99.9 mass% or more (when the carbon isotope 13 C is contained, the concentration of the carbon isotope 13 C is 0.1 mass% or less). Thus, unnecessary nuclear spins and electron spins can be effectively suppressed. Furthermore, in the diamond crystal composed of the mixed state of the carbon isotope 12 C and the carbon isotope 13 C, the influence of the nuclear spin is further improved by setting the concentration of the carbon isotope 13 C to 0.1 mass% or less. It can be effectively reduced.

なお、隣接するスピン間の距離は、数10nm程度以上離れていることが望ましい。また、核スピンの1000倍のスピン磁気モーメントを持つ電子スピンは、1/1000、即ち0.001%以下であることが望ましい。   The distance between adjacent spins is preferably about several tens of nm or more. Further, it is desirable that the electron spin having a spin magnetic moment 1000 times the nuclear spin is 1/1000, that is, 0.001% or less.

磁気測定には、NVセンターの蛍光と、その磁気応答による蛍光変化を利用すればよい。例えば、400〜550nmの波長の光をダイヤモンドに吸収させることで生ずる638nmあるいは1042nmの発光が、特定のマイクロ波照射条件において、外部磁場に対して強度変化を示すことを利用して磁気測定を行うことができる。   The magnetic measurement may use the fluorescence of the NV center and the change in fluorescence due to the magnetic response. For example, magnetic measurement is performed by utilizing the fact that 638 nm or 1042 nm light emission generated by absorbing light having a wavelength of 400 to 550 nm shows intensity change with respect to an external magnetic field under specific microwave irradiation conditions. be able to.

本実施の形態のナノ多結晶ダイヤモンドが、不純物として、たとえば、水素、酸素、窒素、シリコンおよび硼素を含む場合、ナノ多結晶ダイヤモンド中の水素の濃度は2×1018/cm以下程度であり、酸素の濃度は2×1017/cm以下程度であり、窒素の濃度は4×1016/cm以下程度であり、シリコンの濃度は1×1016/cm以下程度であり、硼素の濃度は2×1015/cm以下程度である。好ましくは、ナノ多結晶ダイヤモンド中の水素の濃度は5×1017/cm以下程度であり、酸素の濃度は1×1017/cm以下程度であり、窒素の濃度は1×1016/cm以下程度であり、シリコンの濃度は5×1015/cm以下程度であり、硼素の濃度は7×1014/cm以下程度である。 When the nanopolycrystalline diamond of the present embodiment contains, for example, hydrogen, oxygen, nitrogen, silicon, and boron as impurities, the concentration of hydrogen in the nanopolycrystalline diamond is about 2 × 10 18 / cm 3 or less. The concentration of oxygen is about 2 × 10 17 / cm 3 or less, the concentration of nitrogen is about 4 × 10 16 / cm 3 or less, the concentration of silicon is about 1 × 10 16 / cm 3 or less, boron The concentration of is about 2 × 10 15 / cm 3 or less. Preferably, the hydrogen concentration in the nano-polycrystalline diamond is about 5 × 10 17 / cm 3 or less, the oxygen concentration is about 1 × 10 17 / cm 3 or less, and the nitrogen concentration is 1 × 10 16 / cm 3 or less. cm 3 on the order less, the concentration of silicon is on the order 5 × 10 15 / cm 3 or less, the concentration of boron is much 7 × 10 14 / cm 3 or less.

本実施の形態のナノ多結晶ダイヤモンドでは、上述のように結晶粒界における不純物濃度も極めて低いので、結晶粒界での結晶粒の滑りを抑制することができる。その結果、従来のCVD法で作製した多結晶ダイヤモンドと比較して、結晶粒同士の結合を強化することができる。   In the nano-polycrystalline diamond of the present embodiment, as described above, the impurity concentration at the crystal grain boundary is also extremely low, so that the slip of the crystal grain at the crystal grain boundary can be suppressed. As a result, the bonding between crystal grains can be strengthened as compared with polycrystalline diamond produced by a conventional CVD method.

また、本実施の形態のナノ多結晶ダイヤモンドは、単結晶ダイヤモンド等の他のダイヤモンドと比較して、異方性が小さい。そのため、様々な形状にして使用することができる。例えば、検査対象に対して直接差込むことが可能となるように、針状とすることができる。この場合には、硬い物質についても検査を行うことができるようになる。また、本実施の形態のナノ多結晶ダイヤモンドを薄板状とし、その上に試料を置いて検査することも可能である。この場合でも、劈開が起こり難いためナノ多結晶ダイヤモンドが割れ難いので、圧力をかけた状態で、物質や細胞の磁気的応答を観察することが可能となる。   Further, the nanopolycrystalline diamond of the present embodiment has a small anisotropy compared to other diamonds such as single crystal diamond. Therefore, it can be used in various shapes. For example, it can be needle-shaped so that it can be directly inserted into the inspection object. In this case, it becomes possible to inspect hard materials. Further, the nano-polycrystalline diamond of the present embodiment can be formed into a thin plate shape, and a sample can be placed thereon for inspection. Even in this case, since nano-polycrystalline diamond is difficult to break because cleaving is unlikely to occur, it is possible to observe the magnetic response of substances and cells under pressure.

その上、炭素同位体を高純度化することにより、ナノ多結晶ダイヤモンドの結晶粒界での結晶の滑りが更に生じ難くなるばかりでなく、炭素同位体の濃縮による炭素同位体の不均一性をも排除することができる。このため、ナノ多結晶ダイヤモンド中の全ての結晶粒子が、一つの結晶のように結合し、結晶粒界においても、通常のダイヤモンド多結晶の結晶粒界に比べて、単結晶に近い状態で分子同士を結合させることができる。これらの相乗的な効果によって、本実施の形態のナノ多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度を150GPa以上程度と高くすることができる。また、高純度化を施しただけのものに比べ、熱伝導率が高くなること、同位体の不均一性が少ないことなどの効果で、摩擦に対しての摩耗が少なく、大気中、室温から800℃の範囲での耐摩耗性は同位体を濃縮したものに比べて3倍程度高いという付加的効果も得られた。   In addition, the high purity of carbon isotopes not only makes it more difficult for crystals to slip at the grain boundaries of nano-polycrystalline diamond, but also reduces carbon isotope heterogeneity due to enrichment of carbon isotopes. Can also be eliminated. For this reason, all the crystal grains in nano-polycrystalline diamond are combined like a single crystal, and even at the crystal grain boundary, the molecule is in a state closer to a single crystal than the crystal grain boundary of normal diamond polycrystal. They can be joined together. By these synergistic effects, the Knoop hardness of the nano-polycrystalline diamond of this embodiment can be increased to about 150 GPa or more. In addition, it has less thermal wear due to higher thermal conductivity and less isotope heterogeneity compared to those with high purity. An additional effect was obtained that the wear resistance in the range of 800 ° C. was about three times higher than that of the enriched isotope.

上記に加え、ダイヤモンドの合成時における結晶粒の異常成長をも効果的に抑制することができ、結晶粒のサイズのバラツキも低減することができる。具体的には、本実施の形態のナノ多結晶ダイヤモンドの結晶粒径(最大長さ)は、500nm以下である。より詳しくは、ナノ多結晶ダイヤモンドの結晶粒径(最大長さ)は、10〜100nm程度である。   In addition to the above, abnormal growth of crystal grains during the synthesis of diamond can be effectively suppressed, and variation in crystal grain size can also be reduced. Specifically, the crystal grain size (maximum length) of the nanopolycrystalline diamond of the present embodiment is 500 nm or less. More specifically, the crystal grain size (maximum length) of nano-polycrystalline diamond is about 10 to 100 nm.

次に、本実施の形態のナノ多結晶ダイヤモンドを作製する際に使用可能な黒鉛について説明する。   Next, graphite that can be used when producing the nano-polycrystalline diamond of the present embodiment will be described.

該黒鉛は、一体の固体炭素であり、結晶化部分を含む。図1の例では、多結晶ダイヤモンド1および黒鉛10は、平板状の形状を有しているが、任意の形状、厚みとすることができる。また、黒鉛10中の不純物濃度等の成分も、基本的にナノ多結晶ダイヤモンド1に受け継がれることとなる。   The graphite is an integral solid carbon and includes a crystallized portion. In the example of FIG. 1, the polycrystalline diamond 1 and the graphite 10 have a flat plate shape, but can have any shape and thickness. In addition, components such as impurity concentration in the graphite 10 are basically inherited by the nano-polycrystalline diamond 1.

黒鉛の結晶化部分における結晶粒径(結晶粒の最大長さ)は特に限定されない。多結晶であることや単結晶であることに拘わらず、本実施の形態における不純物濃度と同位体の濃縮が本質的であって、黒鉛が非マルテンサイト変態を起こすことによって多結晶ダイヤモンドの結晶粒をナノサイズとすることができる。このとき、不純物が少ないということが、結晶粒の過度の成長を妨げる良い効果となっており、100nm以下の粒径を容易に得ることができる。   The crystal grain size (maximum length of crystal grains) in the crystallized portion of graphite is not particularly limited. Regardless of whether it is polycrystalline or single crystal, the concentration of impurities and isotopes in this embodiment is essential, and the crystal grains of polycrystalline diamond are caused by non-martensitic transformation of graphite. Can be nano-sized. At this time, a small amount of impurities has a good effect of preventing excessive growth of crystal grains, and a particle size of 100 nm or less can be easily obtained.

黒鉛のかさ密度は、たとえば0.8g/cm以上であればよい。好ましくは、黒鉛のかさ密度は、1.4g/cm以上である。この程度の密度とすることにより、高温高圧プロセス時の圧縮による体積変化を小さく抑えることができ、温度制御が容易となるばかりでなく、歩留まりをも向上させることができる。 The bulk density of graphite may be, for example, 0.8 g / cm 3 or more. Preferably, the bulk density of graphite is 1.4 g / cm 3 or more. By setting the density to such a level, volume change due to compression during the high-temperature and high-pressure process can be suppressed to be small, and not only temperature control is facilitated, but also the yield can be improved.

黒鉛中に混入する不純物としては、たとえば窒素、水素、酸素、硼素、シリコン、結晶粒の成長を促進するような遷移金属などが挙げられる。窒素は、前述のように、結晶粒界への析出量が多く、また該結晶粒界における濃度も、従来例では、通常は数100ppmに及ぶ。これによって結晶粒界で結晶粒が滑り易くなる。水素については、結晶粒界でのsp2結合によって安定するため、結果的に黒鉛の硬度を低下させる。従来の黒鉛を用いて作製したダイヤモンド焼結体では、前述のように黒鉛の原料がコークスやピッチであるため、高純度化処理を行っているにもかかわらず、必ず数100ppm程度の量の水素が黒鉛に混入してしまう。酸素は、炭素と反応しやすい上、硼素と酸化物を形成し、局所的な結晶粒の成長を促す。また、窒素と硼素は、結晶粒界での結晶粒の滑りを引き起こし、硬度を本質的な限界硬さにまで高める際の障害となる。   Examples of impurities mixed in graphite include nitrogen, hydrogen, oxygen, boron, silicon, and transition metals that promote the growth of crystal grains. As described above, nitrogen has a large amount of precipitation at the crystal grain boundary, and the concentration at the crystal grain boundary usually reaches several hundred ppm in the conventional example. This makes the crystal grains slip easily at the crystal grain boundaries. Hydrogen is stabilized by sp2 bonds at the grain boundaries, and as a result, the hardness of graphite is lowered. In a diamond sintered body produced using conventional graphite, since the raw material of graphite is coke or pitch as described above, hydrogen of an amount of about several hundred ppm is always used despite high purification treatment. Is mixed into graphite. Oxygen easily reacts with carbon and forms an oxide with boron to promote local crystal grain growth. Nitrogen and boron also cause slipping of crystal grains at the crystal grain boundary, which is an obstacle to increasing the hardness to an essential limit hardness.

本実施の形態のナノ多結晶ダイヤモンドを作製するために使用する黒鉛では、窒素、水素、酸素、硼素、シリコン、遷移金属等の不純物量が、0.01質量%以下である。つまり、黒鉛中の不純物濃度が、SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)分析での検出限界以下程度である。また、遷移金属については、黒鉛中の濃度が、ICP(Inductively Coupled Plasma)分析やSIMS分析における検出限界以下程度である。   In the graphite used for producing the nano-polycrystalline diamond of the present embodiment, the amount of impurities such as nitrogen, hydrogen, oxygen, boron, silicon, and transition metal is 0.01% by mass or less. That is, the impurity concentration in the graphite is about the detection limit or less in SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry) analysis. Moreover, about the transition metal, the density | concentration in graphite is below the detection limit in ICP (Inductively Coupled Plasma) analysis or SIMS analysis.

このように、黒鉛中の不純物量をSIMS分析やICP分析での検出限界レベルにまで低下させることで、該黒鉛を用いてダイヤモンドを作製した場合に、極めて高純度で高硬度のダイヤモンドを作製することができる。なお、SIMS分析やICP分析での検出限界より若干多い不純物を含む黒鉛を用いた場合でも、従来と比較すると格段に優れた特性のダイヤモンドが得られる。   In this way, by reducing the amount of impurities in graphite to a detection limit level in SIMS analysis or ICP analysis, when diamond is produced using the graphite, extremely high purity and high hardness diamond is produced. be able to. Even when graphite containing impurities slightly higher than the detection limit in SIMS analysis or ICP analysis is used, a diamond having a remarkably superior characteristic can be obtained as compared with the conventional case.

次に、本実施の形態におけるナノ多結晶ダイヤモンドの製造方法について説明する。
本実施の形態に係るナノ多結晶ダイヤモンドは、炭素同位体12Cの純度が99.9質量%以上であり(炭素同位体13Cを含む場合には、炭素同位体13Cの濃度が0.1質量%以下)、化学純度が99質量%以上である炭化水素ガスを熱分解して得られる黒鉛に、高温高圧プレス装置内で熱処理を施してダイヤモンドに変換することで作製可能である。つまり、本実施の形態に係るナノ多結晶ダイヤモンドは、真空雰囲気で、高純度の炭素同位体12Cで実質的に構成され極めて低不純物濃度の固相の炭素に熱処理を施して作製することができる。
Next, a method for producing nano-polycrystalline diamond in the present embodiment will be described.
Nano polycrystalline diamond according to the present embodiment, the purity of the carbon isotope 12 C is not less than 99.9% by weight (if it contains carbon isotope 13 C is 0 the concentration of carbon isotope 13 C. 1% by mass or less) and graphite obtained by pyrolyzing a hydrocarbon gas having a chemical purity of 99% by mass or more can be produced by subjecting it to heat treatment in a high-temperature and high-pressure press to convert it into diamond. In other words, the nano-polycrystalline diamond according to the present embodiment can be manufactured by subjecting solid-phase carbon that is substantially composed of the high-purity carbon isotope 12 C and has a very low impurity concentration to heat treatment in a vacuum atmosphere. it can.

上記黒鉛は、ナノ多結晶ダイヤモンドの作製前に、真空チャンバ内で作製するようにしてもよく、基材等の上に予め形成した黒鉛を別途準備して保管等するようにしてもよい。   The graphite may be produced in a vacuum chamber before the nano-polycrystalline diamond is produced, or graphite previously formed on a substrate or the like may be separately prepared and stored.

上記黒鉛は、真空チャンバ内に導入され、炭素同位体12Cの純度が99.9質量%以上であり、化学純度が99質量%以上である炭化水素ガスを1500℃以上3000℃以下程度の温度で熱分解して基材上に形成することができる。このとき、真空チャンバ内の真空度は、20〜100Torr程度とすればよい。それにより、気相の炭化水素から直接基材上に、一体の結晶状あるいは多結晶である固相の黒鉛を形成することができる。また、不純物量の極めて少ない黒鉛を基材上に作製することができる。なお、炭化水素ガスとしては、メタンガスを使用することが好ましい。 The graphite is introduced into a vacuum chamber, and a hydrocarbon gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.9% by mass or more and a chemical purity of 99% by mass or more is heated to a temperature of about 1500 ° C. to 3000 ° C. And can be formed on a substrate by pyrolysis. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber may be about 20 to 100 Torr. As a result, solid-state graphite that is an integral crystalline or polycrystalline structure can be formed directly from the gas phase hydrocarbons on the substrate. In addition, graphite with an extremely small amount of impurities can be produced on a substrate. Note that methane gas is preferably used as the hydrocarbon gas.

黒鉛を基材上に作製する際には、真空チャンバ内に設置した基材を1500℃以上の温度に加熱する。加熱方法としては周知の手法を採用することができる。たとえば、基材を直接あるいは間接的に1500℃以上の温度に加熱可能なヒータを真空チャンバに設置することが考えられる。   When producing graphite on a base material, the base material installed in the vacuum chamber is heated to a temperature of 1500 ° C. or higher. A well-known method can be adopted as the heating method. For example, it is conceivable to install a heater in the vacuum chamber that can directly or indirectly heat the substrate to a temperature of 1500 ° C. or higher.

黒鉛の作製用の基材としては、1500℃から3000℃程度の温度に耐え得る材料であればいかなる固相材料であってもよい。具体的には、金属、無機セラミック材料、炭素材料を基材として使用可能である。黒鉛中への不純物混入を抑制するという観点からは、上記基材を炭素で構成することが好ましい。固相の炭素材料としてはダイヤモンドや黒鉛を挙げることができる。黒鉛を基材として使用する場合、上述の手法で作製した不純物量の極めて少ない黒鉛を基材として使用することが考えられる。基材の材料としてダイヤモンドや黒鉛のような炭素材料を使用する場合、基材の少なくとも表面を炭素材料で構成すればよい。たとえば、基材の表面のみを炭素材料で構成し、基材の残りの部分を炭素材料以外の材料で構成してもよく、基材全体を炭素材料で構成してもよい。   As a base material for producing graphite, any solid phase material may be used as long as it can withstand a temperature of about 1500 ° C. to 3000 ° C. Specifically, a metal, an inorganic ceramic material, or a carbon material can be used as a base material. From the viewpoint of suppressing impurities from being mixed into graphite, it is preferable that the substrate is made of carbon. Examples of the solid-state carbon material include diamond and graphite. When using graphite as a base material, it is conceivable to use graphite with an extremely small amount of impurities prepared by the above-mentioned method as a base material. When a carbon material such as diamond or graphite is used as the material for the base material, at least the surface of the base material may be composed of the carbon material. For example, only the surface of the substrate may be composed of a carbon material, the remaining portion of the substrate may be composed of a material other than the carbon material, and the entire substrate may be composed of a carbon material.

上記黒鉛をダイヤモンドに変換する工程では、焼結助剤や触媒を添加することなく、高温高圧プレス装置内で黒鉛に熱処理を施すことが好ましい。ダイヤモンドの合成条件として、温度は1200℃から2500℃程度、圧力は7GPaから25GPa程度とすればよい。好ましくは、合成温度は1900℃以上、合成圧力は12GPa以上である。   In the step of converting the graphite into diamond, it is preferable to heat-treat the graphite in a high-temperature and high-pressure press without adding a sintering aid or a catalyst. As diamond synthesis conditions, the temperature may be about 1200 ° C. to 2500 ° C., and the pressure may be about 7 GPa to 25 GPa. Preferably, the synthesis temperature is 1900 ° C. or higher and the synthesis pressure is 12 GPa or higher.

ダイヤモンドの合成には、一軸性の圧力を加えてもよく、等方的な圧力を加えてもよい。しかし、等方的な圧力によって、結晶粒径や、結晶の異方性の程度を揃えるという観点から、静水圧下での合成が好ましい。   For synthesis of diamond, uniaxial pressure may be applied or isotropic pressure may be applied. However, synthesis under hydrostatic pressure is preferred from the viewpoint of aligning the crystal grain size and the degree of crystal anisotropy with isotropic pressure.

次に、本発明の実施例について説明する。   Next, examples of the present invention will be described.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.9質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛(グラファイト)が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate heated to 1900 ° C. through a porous titanium heated to 600 ° C. with methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.9% by mass and a chemical purity of 99% by mass Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite (graphite) was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2300℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2300 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大1%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は190GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 1% fluorescence was obtained depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. The Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 190 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2300℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2300 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は190GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. The Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 190 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2400℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2400 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は190GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. The Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 190 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2500℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under the conditions of a temperature of 2500 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は190GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. The Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 190 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2000℃、圧力16GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under the conditions of a temperature of 2000 ° C. and a pressure of 16 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は190GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. The Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 190 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2100℃、圧力16GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under the conditions of a temperature of 2100 ° C. and a pressure of 16 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は190GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. The Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 190 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2200℃、圧力16GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2200 ° C. and a pressure of 16 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は190GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. The Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 190 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1500℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は1.6g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1500 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 1.6 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2200℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2200 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は150GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 150 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1500℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は1.6g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1500 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 1.6 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2300℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2300 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は150GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 150 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1500℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は1.6g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1500 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 1.6 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2400℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2400 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は150GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 150 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1500℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は1.6g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1500 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 1.6 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2500℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under the conditions of a temperature of 2500 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は150GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 150 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1500℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は1.6g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1500 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 1.6 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2000℃、圧力16GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under the conditions of a temperature of 2000 ° C. and a pressure of 16 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は150GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 150 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1500℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は1.6g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1500 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 1.6 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2100℃、圧力16GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under the conditions of a temperature of 2100 ° C. and a pressure of 16 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は150GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 150 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1500℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は1.6g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1500 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 1.6 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2200℃、圧力16GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2200 ° C. and a pressure of 16 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は170GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 170 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99.999質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99.999 mass% was heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed onto a diamond substrate. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2200℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2200 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は205GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. The polycrystalline diamond had a Knoop hardness of 205 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99.999質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99.999 mass% was heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed onto a diamond substrate. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2300℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2300 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は200GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 200 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99.999質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99.999 mass% was heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed onto a diamond substrate. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2400℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2400 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は200GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 200 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99.999質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99.999 mass% was heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed onto a diamond substrate. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2500℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under the conditions of a temperature of 2500 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は205GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. The polycrystalline diamond had a Knoop hardness of 205 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99.999質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99.999 mass% was heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed onto a diamond substrate. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2000℃、圧力16GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under the conditions of a temperature of 2000 ° C. and a pressure of 16 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は205GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. The polycrystalline diamond had a Knoop hardness of 205 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99.999質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99.999 mass% was heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed onto a diamond substrate. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2100℃、圧力16GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under the conditions of a temperature of 2100 ° C. and a pressure of 16 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は190GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. The Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 190 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99.999質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99.999 mass% was heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed onto a diamond substrate. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2200℃、圧力16GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2200 ° C. and a pressure of 16 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は198GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. The polycrystalline diamond had a Knoop hardness of 198 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99.999質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1500℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は1.6g/cmであった。 In a vacuum chamber, methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and chemical purity of 99.999 mass% was heated to 1500 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed onto a diamond substrate. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 1.6 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2300℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2300 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は160GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 160 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1500℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は1.6g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1500 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 1.6 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2300℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2300 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は160GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 160 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99.999質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1500℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は1.6g/cmであった。 In a vacuum chamber, methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and chemical purity of 99.999 mass% was heated to 1500 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed onto a diamond substrate. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 1.6 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2400℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2400 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は160GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 160 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99.999質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1500℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は1.6g/cmであった。 In a vacuum chamber, methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and chemical purity of 99.999 mass% was heated to 1500 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed onto a diamond substrate. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 1.6 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2500℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under the conditions of a temperature of 2500 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は160GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 160 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99.999質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1500℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は1.6g/cmであった。 In a vacuum chamber, methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and chemical purity of 99.999 mass% was heated to 1500 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed onto a diamond substrate. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 1.6 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2000℃、圧力16GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under the conditions of a temperature of 2000 ° C. and a pressure of 16 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は160GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 160 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99.999質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1500℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は1.6g/cmであった。 In a vacuum chamber, methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and chemical purity of 99.999 mass% was heated to 1500 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed onto a diamond substrate. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 1.6 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2100℃、圧力16GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under the conditions of a temperature of 2100 ° C. and a pressure of 16 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は160GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 160 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99.999質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1500℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は20〜30Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は1.6g/cmであった。 In a vacuum chamber, methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and chemical purity of 99.999 mass% was heated to 1500 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed onto a diamond substrate. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 20 to 30 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 1.6 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2200℃、圧力16GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2200 ° C. and a pressure of 16 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は160GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 160 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は90〜100Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was 90 to 100 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2200℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2200 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は190GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. The Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 190 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は90〜100Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was 90 to 100 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2300℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2300 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は190GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. The Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 190 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は90〜100Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was 90 to 100 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2400℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2400 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は190GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. The Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 190 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は90〜100Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was 90 to 100 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2500℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under the conditions of a temperature of 2500 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は190GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. The Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 190 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は90〜100Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was 90 to 100 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2000℃、圧力16GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under the conditions of a temperature of 2000 ° C. and a pressure of 16 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は190GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. The Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 190 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は90〜100Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was 90 to 100 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2100℃、圧力16GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under the conditions of a temperature of 2100 ° C. and a pressure of 16 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は190GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. The Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 190 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は90〜100Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was 90 to 100 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2200℃、圧力16GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2200 ° C. and a pressure of 16 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は190GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. The Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 190 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1500℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は90〜100Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は1.6g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1500 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was 90 to 100 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 1.6 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、2200℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of 2200 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は150GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 150 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1500℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は90〜100Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は1.6g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1500 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was 90 to 100 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 1.6 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2300℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2300 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は150GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 150 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1500℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は90〜100Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は1.6g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1500 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was 90 to 100 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 1.6 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2400℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2400 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は150GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 150 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1500℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は90〜100Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は1.6g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1500 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was 90 to 100 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 1.6 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2500℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under the conditions of a temperature of 2500 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は150GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 150 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1500℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は90〜100Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は1.6g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1500 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was 90 to 100 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 1.6 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2000℃、圧力16GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under the conditions of a temperature of 2000 ° C. and a pressure of 16 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は150GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 150 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1500℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は90〜100Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は1.6g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and chemical purity of 99 mass% is heated to 1500 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was 90 to 100 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 1.6 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2100℃、圧力16GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under the conditions of a temperature of 2100 ° C. and a pressure of 16 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は150GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 150 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1500℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は90〜100Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は1.6g/cmであった。 In a vacuum chamber, a diamond substrate in which methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99 mass% is heated to 1500 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed on top. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was 90 to 100 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 1.6 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2200℃、圧力16GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2200 ° C. and a pressure of 16 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は170GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 170 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99.999質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は90〜100Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99.999 mass% was heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed onto a diamond substrate. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was 90 to 100 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2200℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2200 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大4%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は200GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 4% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 200 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99.999質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は90〜100Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99.999 mass% was heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed onto a diamond substrate. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was 90 to 100 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2300℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2300 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大4%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は200GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 4% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 200 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99.999質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は90〜100Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99.999 mass% was heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed onto a diamond substrate. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was 90 to 100 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2400℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2400 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大4%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は200GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 4% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 200 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99.999質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は90〜100Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99.999 mass% was heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed onto a diamond substrate. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was 90 to 100 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2500℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under the conditions of a temperature of 2500 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大4%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は200GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 4% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 200 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99.999質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は90〜100Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99.999 mass% was heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed onto a diamond substrate. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was 90 to 100 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2000℃、圧力16GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under the conditions of a temperature of 2000 ° C. and a pressure of 16 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は210GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. The polycrystalline diamond had a Knoop hardness of 210 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99.999質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は90〜100Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99.999 mass% was heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed onto a diamond substrate. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was 90 to 100 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2100℃、圧力16GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under the conditions of a temperature of 2100 ° C. and a pressure of 16 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大4%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は190GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 4% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. The Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 190 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99.999質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1900℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は90〜100Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は2.0g/cmであった。 In a vacuum chamber, methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and a chemical purity of 99.999 mass% was heated to 1900 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed onto a diamond substrate. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was 90 to 100 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 2.0 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2200℃、圧力16GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2200 ° C. and a pressure of 16 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大3%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は198GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 3% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. The polycrystalline diamond had a Knoop hardness of 198 GPa.

真空チャンバー内で、炭素同位体12Cの純度が99.999質量%であり、化学純度が99.999質量%であるメタンガスを、600℃に熱した多孔質チタン中を通して、1500℃に加熱したダイヤモンド基板上に吹きつけた。このとき、真空チャンバー内の真空度は90〜100Torrとした。すると、ダイヤモンド基板上に黒鉛が堆積した。黒鉛のかさ密度は1.6g/cmであった。 In a vacuum chamber, methane gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.999 mass% and chemical purity of 99.999 mass% was heated to 1500 ° C. through porous titanium heated to 600 ° C. Sprayed onto a diamond substrate. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was 90 to 100 Torr. Then, graphite was deposited on the diamond substrate. The bulk density of graphite was 1.6 g / cm 3 .

上記の黒鉛を、温度2300℃、圧力15GPaの条件下で直接多結晶ダイヤモンドに変換した。この多結晶ダイヤモンドの結晶粒径は、各々10〜100nm程度の大きさであった。SIMS分析によると、上記多結晶ダイヤモンド中の窒素、水素、酸素、硼素、シリコンの含有量は検出限界以下であった。また、上記多結晶ダイヤモンドのX線回折パターンから、多結晶ダイヤモンド中にはダイヤモンド以外の成分は見られなかった。   The above graphite was directly converted to polycrystalline diamond under conditions of a temperature of 2300 ° C. and a pressure of 15 GPa. Each polycrystalline diamond had a crystal grain size of about 10 to 100 nm. According to SIMS analysis, the content of nitrogen, hydrogen, oxygen, boron and silicon in the polycrystalline diamond was below the detection limit. Further, from the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline diamond, no components other than diamond were found in the polycrystalline diamond.

このナノ多結晶ダイヤモンドに窒素を300keVの加速エネルギーで1010/cm程度照射し、900℃の熱処理を行った後、その工程によってできたNV−センターによる637nmの蛍光強度を測定した。その結果、直径0.5cm、円形コイルで周波数2.87GHz、5ターン、出力0.5Wのマイクロ波照射下で、532nmのレーザーを励起光として照射したところ、磁場の有無によって最大4%の蛍光強度の変化が見られた。また、この多結晶ダイヤモンドのヌープ硬度は180GPaであった。 The nano-polycrystalline diamond was irradiated with nitrogen at an acceleration energy of 300 keV for about 10 10 / cm 2 and subjected to a heat treatment at 900 ° C., and then the fluorescence intensity at 637 nm by the NV-center formed by the process was measured. As a result, when a 532 nm laser was irradiated as excitation light under microwave irradiation with a diameter of 0.5 cm, a circular coil with a frequency of 2.87 GHz, 5 turns, and an output of 0.5 W, a maximum of 4% fluorescence depending on the presence or absence of a magnetic field. A change in intensity was observed. Further, the Knoop hardness of this polycrystalline diamond was 180 GPa.

以上の実施例では、炭素同位体12Cの純度が99.9質量%以上、化学純度が99質量%以上の炭化水素ガスを熱分解して作製され、固相で、かさ密度が1.6g/cmから2.0g/cm程度である極めて高純度の黒鉛に、2000℃〜2500℃程度の温度、15〜16GPa程度の圧力で熱処理を行うことで、磁気センシングに利用可能であり、ヌープ硬度が150GPaから205GPa程度である高純度のナノ多結晶ダイヤモンドを作製できることを確認できた。しかし、これ以外の範囲の条件であっても、本願の特許請求の範囲に記載の範囲であれば、同等の特性を有するナノ多結晶ダイヤモンドを作製できるものと考えられる。
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の実施の形態および実施例を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態および実施例に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
In the above example, the carbon isotope 12 C is produced by pyrolyzing a hydrocarbon gas having a purity of 99.9% by mass or more and a chemical purity of 99% by mass or more. It can be used for magnetic sensing by performing a heat treatment at a temperature of about 2000 ° C. to 2500 ° C. and a pressure of about 15 to 16 GPa on extremely high purity graphite of about / cm 3 to 2.0 g / cm 3 , It was confirmed that high-purity nanopolycrystalline diamond having a Knoop hardness of about 150 GPa to 205 GPa can be produced. However, it is considered that nanopolycrystalline diamond having equivalent characteristics can be produced even under conditions other than this within the range described in the claims of the present application.
Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, various modifications can be made to the above-described embodiments and examples. Further, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 ナノ多結晶ダイヤモンド、2 基材、10 黒鉛。   1 nano-polycrystalline diamond, 2 substrate, 10 graphite.

Claims (10)

炭素同位体12Cの純度が99.9質量%以上である炭素と、
前記炭素以外の複数の不純物とで構成され、
前記複数の不純物の濃度がそれぞれ0.01質量%以下であり、結晶粒径が500nm以下である、多結晶ダイヤモンド。
Carbon whose carbon isotope 12 C has a purity of 99.9% by mass or more;
Composed of a plurality of impurities other than carbon,
Polycrystalline diamond, wherein the concentration of the plurality of impurities is 0.01% by mass or less and the crystal grain size is 500 nm or less.
前記多結晶ダイヤモンドの結晶粒界における前記不純物の濃度がそれぞれ0.01質量%以下である、請求項1に記載の多結晶ダイヤモンド。   2. The polycrystalline diamond according to claim 1, wherein the concentration of the impurity at a grain boundary of the polycrystalline diamond is 0.01% by mass or less. ヌープ硬度が150GPa以上である、請求項1または請求項2に記載の多結晶ダイヤモンド。   The polycrystalline diamond according to claim 1 or 2, wherein the Knoop hardness is 150 GPa or more. 前記複数の不純物は、水素、酸素、窒素、シリコンおよび硼素を含み、
前記水素の濃度が2×1018/cm以下であり、
前記酸素の濃度が2×1017/cm以下であり、
前記窒素の濃度が4×1016/cm以下であり、
前記シリコンの濃度が1×1016/cm以下であり、
前記硼素の濃度が2×1015/cm以下である、請求項1から請求項3のいずれかに記載の多結晶ダイヤモンド。
The plurality of impurities include hydrogen, oxygen, nitrogen, silicon and boron,
The hydrogen concentration is 2 × 10 18 / cm 3 or less,
The oxygen concentration is 2 × 10 17 / cm 3 or less,
The nitrogen concentration is 4 × 10 16 / cm 3 or less,
The silicon concentration is 1 × 10 16 / cm 3 or less,
The polycrystalline diamond according to any one of claims 1 to 3, wherein the boron concentration is 2 x 10 15 / cm 3 or less.
前記多結晶ダイヤモンドは、1500℃以上の温度で、前記炭素同位体12Cの純度が99.9質量%以上である炭化水素を熱分解して得られた黒鉛を焼結することで作製される、請求項1から請求項4のいずれかに記載の多結晶ダイヤモンド。 The polycrystalline diamond is produced by sintering graphite obtained by pyrolyzing a hydrocarbon having a carbon isotope 12 C purity of 99.9% by mass or more at a temperature of 1500 ° C. or higher. The polycrystalline diamond according to any one of claims 1 to 4. 炭素同位体12Cの純度が99.9質量%以上であり、化学純度が99質量%以上である炭化水素ガスを熱分解して得られる黒鉛を準備する工程と、
高温高圧プレス装置内で前記黒鉛に熱処理を施して前記黒鉛をダイヤモンドに変換する工程と、
を備えた、多結晶ダイヤモンドの製造方法。
A step of preparing graphite obtained by pyrolyzing a hydrocarbon gas having a carbon isotope 12 C purity of 99.9% by mass or more and a chemical purity of 99% by mass or more;
Converting the graphite into diamond by heat-treating the graphite in a high-temperature and high-pressure press apparatus;
A method for producing polycrystalline diamond, comprising:
前記黒鉛をダイヤモンドに変換する工程では、焼結助剤や触媒を添加することなく、高圧下で前記黒鉛に熱処理を施す、請求項6に記載の多結晶ダイヤモンドの製造方法。   The method for producing polycrystalline diamond according to claim 6, wherein in the step of converting the graphite into diamond, the graphite is subjected to heat treatment under high pressure without adding a sintering aid or a catalyst. 前記黒鉛を準備する工程は、前記真空チャンバ内に導入した前記炭化水素ガスを1500℃以上の温度で熱分解して基材上に黒鉛を形成する工程を含む、請求項6または請求項7に記載の多結晶ダイヤモンドの製造方法。   The step of preparing the graphite includes a step of thermally decomposing the hydrocarbon gas introduced into the vacuum chamber at a temperature of 1500 ° C. or more to form graphite on a substrate. The manufacturing method of the polycrystalline diamond of description. 前記黒鉛をダイヤモンドに変換する工程では、前記基材上に形成された前記黒鉛に7GPa以上の高圧下で1500℃以上の熱処理を施す、請求項8に記載の多結晶ダイヤモンドの製造方法。   The method for producing polycrystalline diamond according to claim 8, wherein in the step of converting the graphite into diamond, the graphite formed on the base material is subjected to a heat treatment at 1500 ° C or higher under a high pressure of 7 GPa or higher. 前記黒鉛のかさ密度が1.4g/cm以上である、請求項6から請求項9のいずれかに記載の多結晶ダイヤモンドの製造方法。 The method for producing polycrystalline diamond according to any one of claims 6 to 9, wherein the bulk density of the graphite is 1.4 g / cm 3 or more.
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