科技日报记者 杨仑
2月10日，记者从吉林大学获悉，该校刘冰冰教授、姚明光教授团队联合中山大学朱升财教授，发现高温高压下石墨经由后石墨相形成六方金刚石的全新路径，并首次合成出高质量、近纯的六方金刚石块体材料，发现其具有高出立方金刚石的极高硬度和良好的热稳定性。相关研究成果发表在国际学术期刊《自然·材料》。
钻石，即金刚石，有着“工业牙齿”的赞誉。早在1967年，美国科学家在陨石坑中发现了一种珍稀的“超级钻石”，因其具有六方晶体结构、共生于陨石之中且更为坚硬而备受关注。半个世纪以来，人工合成纯相六方金刚石却是长期未能攻破的科学难题。
研究团队在前期研究剪切力对石墨高压下结构变化影响中，提出一种石墨到立方金刚石转变的新机制，发现sp3碳高压相结构的形成是重要因素。相关研究给团队带来启发，在探索六方金刚石的人工合成时，高压相结构很可能是关键所在。
考虑到陨石钻石形成中，不仅有超高压还有高温条件，团队为此设计了高温高压实验，利用激光加温金刚石对顶砧技术，原位研究了石墨在50GPa超高压高温下的结构变化规律，发现石墨在高压力区间会形成“后石墨相”高压结构，再通过局部加热成功获得六方金刚石。
研究团队发现，六方金刚石具有出色的物理性质，硬度超过天然金刚石的40%，真空环境下其热稳定性可以达到1100℃，优于纳米金刚石的900℃。团队进一步结合大尺度分子动力学理论模拟，揭示石墨层堆叠构型对形成六方金刚石结构的关键作用，证实了石墨经由后石墨相形成六方金刚石的全新路径。
研究人员介绍，该成果不仅提供了一种纯相六方金刚石人工合成的有效途径，给出其独立存在的有力证据，也为超硬材料和新型碳材料添加了性能更为优异的新成员，为突破立方金刚石的应用局限提供了可能。相关成果对深入了解陨石中钻石的具体来源和重大地质事件有重要意义。
