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O jovem de 18 anos venceu Rublev, quinto classificado, por 6-4, 7-6 (8/6), um dia depois de ter derrotado Andy Murray, vencedor de três títulos do Grand Slam.
"Tem sido uma semana incrível. Desde o início que joguei muito bem e sabia que podia jogar com os grandes jogadores. É uma sensação incrível chegar às meias-finais depois de derrotar estes bons jogadores", disse o wildcard Mensik, que chegou ao Golfo classificado em 116.º lugar.
"Mas o trabalho ainda não está feito. Espero poder voltar a jogar assim nas meias-finais e chegar à final", assumiu o checo.
Com a sua vitória de uma hora e 38 minutos esta quinta-feira, Mensik tornou-se o jogador mais jovem a derrotar um jogador do top 5 desde que Carlos Alcaraz superou Stefanos Tsitsipas no US Open de 2021.
Mensik vai enfrentar Ugo Humbert ou Gael Monfils, que se encontram mais tarde nuns quartos de final totalmente francês, por um lugar na final de sábado.
Na outra meia-final, o australiano Alexei Popyrin vai defrontar o russo Karen Khachanov, segundo cabeça de série.
Popyrin ultrapassou o cazaque Alexander Bublik, quarto cabeça de série, por 6-4 e 6-4, enquanto Khachanov passou quando o finlandês Emil Ruusuvuori se retirou com uma lesão ao fim de apenas três jogos.