米国SLAC国立加速器研究所の研究者を中心とする国際チームが、これまで知られていなかった化合物「金水素化物（gold hydride）」を偶然合成することに成功しました。この画期的な発見は、極限化学、巨大惑星内部の環境、そして恒星における核融合プロセスへの理解を深める新たな道を開きます。
この実験は、高圧・高温下で炭化水素がダイヤモンドにどのように変化するかを調べる研究から始まりました。欧州XFEL（X線自由電子レーザー施設）で行われた実験で、研究者たちは炭化水素サンプルを金箔でコーティングしました。当初、この金箔はX線吸収剤および熱伝導体としてのみ使用される予定でしたが、予想外にもダイヤモンド形成と同時に、金水素化物の出現が観察されました。本研究の主著者であり、SLACの研究者であるMungo Frost氏は、「金は化学的に非常に『退屈』で、ほとんど反応しないため、私たちはそれをX線吸収剤として選んだのです。それが完全に予想外でした」と述べています。
この発見は、欧州XFELのHigh-Energy Density (HED) Instrumentで実施されました。研究者たちは、ダイヤモンドアンビルセルを用いて地球のマントル下よりも高い圧力をかけ、X線バーストで1,900℃以上に加熱するという極限状態を作り出しました。その結果、炭素原子はダイヤモンドの格子構造を形成しましたが、それ以上に重要な相互作用として、水素原子が金と反応して金水素化物を形成することが明らかになりました。この条件下で、水素は「超イオン状態」となり、金剛石のような剛直な金原子の格子内を自由に移動できるようになりました。
この現象は金水素化物の導電性を高めるだけでなく、極限的な圧力と温度下での物質の挙動に関する新たな洞察を提供します。Frost氏は、「金の格子を『証人』として、水素が何をしているのかを見ることができます」と説明しています。
この発見の重要性は、内部に固体の水素を含むと考えられている木星のような巨大惑星の理解に貢献するだけでなく、恒星内部での核融合プロセスを解明する手がかりともなります。この実験は、文字通り、異世界の環境や自然の宇宙炉への小さな窓を開いたと言えるでしょう。
この発見は、惑星科学やエネルギー研究にとって重要なだけでなく、化学知識の境界を押し広げるものです。長らく不活性と考えられてきた金が、極限的な圧力と温度条件下でのみ安定な水素化物（gold hydride）を形成することが示されました。冷却すると金と水素は分離しますが、シミュレーションによれば、より高い圧力下では、より多くの水素原子が金の格子に組み込まれることが示唆されています。
SLACの高エネルギー密度部門のディレクターであり主任研究者であるSiegfried Glenzer氏は、「これらの状態を実験的に生成し、モデル化できることは私たちにとって重要です。これらのシミュレーションツールは、極限条件下での他の材料の異種な特性をモデル化するためにも応用できます」とコメントしています。
当初はダイヤモンド生成を目的とした偶発的な実験結果から始まったこの発見は、金水素化物という重要な化合物の発見につながりました。この化合物は、これまで理論でしか予測できなかった極限条件下での化学に関する研究機会を提供します。科学はしばしば予期せぬ驚きを通じて進歩することを示唆しています。不活性で知られる金が、宇宙における新しい化学領域への入り口となり得ると誰が想像したでしょうか。この研究は、2025年8月4日にAngewandte Chemie International Editionに発表されました。