由筑波大学的丸山美奈助理教授领导的研究小组通过结合五个碳原子成环的五元环，从理论上预测了新的三维碳晶体的可能性。此外，基于量子力学的物理性质模拟表明，这种材料比金刚石更轻、更坚韧。该成果被3年2020月6日的科学期刊《Physical Review Letters》选为“Editors' Suggestion”，作为一项特别重要的成果。
石墨和金刚石等碳晶体长期以来一直是基础科学和应用科学的课题。这些晶体在碳原子之间具有极强的化学键，作为具有高机械韧性和稳定性的功能材料而备受关注。迄今为止，合成或理论预测的碳晶体中，与金刚石相比，对于特定的变形显示出高弹性模量（变形困难度）的多，但总体上显示出高弹性模量，这是未知的。
这一次，课题组从几何上的考虑预测，通过共享一个由碳原子组成的五边形（五元环）的边，可以构建具有极高对称性的三维碳共价键网络，命名为五元金刚石。五金刚石是一种极其坚韧的碳晶体，杨氏模量（单轴方向的变形困难）和剪切模量（应变困难）被认为是远远超过金刚石的极其坚韧的碳同素异形体。还发现五金刚石表现出负泊松比（非常耐应变），并且可能表现出与普通物质对外力的反应特性相反的结构响应特性。
这项研究的结果不仅可以通过展示新碳晶体的可能性来有力地推动碳材料科学的发展，而且可以开发使用五金刚石的抗冲击材料并将其应用于各种功能材料。
