北海道大学，独ドレスデン強磁場研究所・ドレスデン工科大学，京都大学，新潟大学は，人工ダイヤモンドが極低温で軟らかくなる新現象を発見した（ニュースリリース）。
欠陥や不純物の少ない人工ダイヤモンドは，宝飾用用途や機械分野への応用だけでなく，量子情報分野のデバイス基板として期待されており，特にダイヤモンド中の原子空孔（原子の抜けた穴）と窒素からなるNV中心と呼ばれる格子欠陥は，常温動作が可能な量子情報処理や高精度の磁気センシングへの応用が期待されている。
一方，それらのダイヤモンド中の量子状態の研究は，主に中性子や電子線を照射し意図的に欠陥を作ったダイヤモンドに対して電子スピン共鳴や光学実験の手法が用いられてきた。そのため，欠陥の少ない非照射ダイヤモンドが極低温で示す「弾性」つまり固体の硬さや柔らかさに関しては，これまで詳しく調べられていなかった。
研究グループは今回，固体中の電子の電気四極子を敏感に観測する超音波位相比較法と国内外の最先端の極低温発生装置・強磁場発生装置を組み合わせ，3種類（HPHT法・CVD法で製造されたタイプIIaとHPHT法で製造されたIb）の未照射人工ダイヤモンド単結晶の弾性スティフネス定数（モノの硬さの指標）を精密測定した。
その結果，測定した三つ全ての人工ダイヤモンドの弾性定数C44が1ケルビン（摂氏マイナス272 度）以下の極低温において，温度低下と共に全ての試料で弾性定数が1万分の1程度減少する振る舞いを世界で初めて確認した。
この振る舞いはこれまでに提案されているどの格子欠陥の量子基底状態のモデルでも説明できないもの。この結果は，未照射のダイヤモンド内に未だ解明されていない欠陥由来の量子基底状態が存在し，その量子状態が持つT2対称性の電気四極子自由度の応答を捉えていることを強く示唆する結果だという。またデータの解析から，その起源となる欠陥濃度がppbレベルであることも見積もられた。
この研究で実証されたダイヤモンドにおける電気四極子自由度の存在は，未解明の量子基底状態の存在を強く示唆するものだが，その起源はまだ明らかになっておらず，今後の研究によりその物理をしっかりと構築することが重要だとする。
研究グループは，今回用いた強磁場・極低温下における精密超音波測定の手法を様々な条件で育成したダイヤモンドに適用し，真の量子基底状態の解明を目指す。将来的には人工ダイヤモンドの欠陥制御や評価技術の改善に繋がり，人工ダイヤモンド単結晶を用いた量子情報デバイスのエラー軽減に向けた足掛かりになることが期待されるとしている。
