被誉为“终极半导体ultimate semiconductor”的立方金刚石（cubic diamond, CD），因其卓越的物理与电子性质，在科学研究与工业应用领域长期受到广泛关注。多形体——六方金刚石（hexagonal diamond, HD）——则更加引人注目，因为常与陨石撞击等极端条件下形成的特殊结构相关。然而，由于缺少确凿而直接的实验实证，六方金刚石HD 的真实存在及其物理性质长期处于争议之中，材料特性也因此始终未能得到系统研究。

近日，郑州大学Shoulong Lai，杨西贵、程少博&单崇新等联合南京大学孙建等在Nature上发文，通过在高温条件下，沿c 轴方向压缩高定向热解石墨（highly oriented pyrolytic graphite, HOPG），成功合成毫米级、单一相纯度的六方金刚石。

有效合成块体纯相六方金刚石的新途径：在高压高温high pressure and high temperature, HPHT条件下，对高定向热解石墨高定向热解石墨（highly oriented pyrolytic graphite, HOPG）进行压缩处理。

通过系统的结构表征，包括同步辐射 X 射线衍射（synchrotron XRD）和原子分辨扫描透射电子显微镜（scanning transmission electron microscopy, STEM），研究明确证实所得材料为P6₃/mmc晶体结构的六方金刚石。分子动力学模拟表明，在压缩过程中形成的层间键合（interlayer bonding），有效抑制石墨层之间的滑移，从而促进六方金刚石相的成核与生长。

这一结果不仅为实现纯相HD的可控制备提供了可行路径，也为理解石墨向六方金刚石转变的微观机制提供了新的理论依据。

第一作者：Shoulong Lai, Xigui Yang, Jiuyang Shi

通讯作者： Xigui Yang，Jian Sun, Shaobo Cheng & Chongxin Shan 

通讯单位：郑州大学，南京大学

图1 石墨的XRD谱图和P-T相图。

图2 在 20 GPa、1300 °C条件下获得并回收的块体六方金刚石HD的原子结构表征。

图3 基于机器学习势函数的大规模分子动力学模拟，揭示高定向热解石墨（HOPG）向六方金刚石（HD）转变的结构演化过程。

图4 块体六方金刚石（HD）的力学性能与热学性质表征。