北京时间2026年3月5日0时，郑州大学金刚石材料与器件团队在国际顶级期刊《自然》（Nature）在线发表了一项重磅研究成果。论文题为“Bulk hexagonal diamond”，报道了该团队成功合成毫米级纯相六方金刚石块材，并精确解析了其晶体结构。
这项研究终结了持续近60年的科学争议——六方金刚石是否能独立稳定存在？它真的比钻石还硬吗？中国科学家给出了答案。
金刚石被誉为“工业牙齿”和“终极半导体”。但我们熟悉的钻石，其实是立方金刚石，碳原子以ABCABC顺序堆垛。而六方金刚石（又称朗斯代尔石），则采用ABAB堆垛方式。这种结构差异，理论上会赋予它超越普通钻石的硬度。
1967年，科学家在Canyon Diablo陨石中首次发现六方金刚石的踪迹。但它仅以纳米级颗粒嵌在陨石中，极难分离。实验室合成也屡屡受挫——更稳定的立方金刚石总是优先形成。更麻烦的是，六方金刚石的X射线衍射特征与含缺陷的立方金刚石高度重叠。有研究质疑：过去的“证据”，会不会只是层错或纳米孪晶的立方金刚石？它到底是真实存在，还是科学界的幻影？ 这场争议，一吵就是60年。
郑州大学单崇新教授、程少博教授、杨西贵教授团队，联合南京大学孙建教授团队，历时五年，从设备研制入手，开发出大腔体单轴高压技术。
他们的核心思路是：用高定向热解石墨作前驱体，沿石墨c轴方向施加单轴压力，提出“石墨层受限滑移”策略。
在20 GPa、1300–1900 °C的精确条件下，团队成功合成出毫米级纯相六方金刚石。温度一旦超过2100 °C，产物就会重新变回立方相。
【图1：石墨的XRD谱图和P-T相图清晰划定了纯相六方金刚石的“稳定窗口”】
团队用球差校正扫描透射电子显微镜获得了原子级分辨图像：沿着[100]晶向观察，碳原子呈现ABABAB堆垛序列——这是六方金刚石独有的“指纹”；沿着[001]晶向俯视，六元环中心呈现规则的六角空心结构，而立方金刚石在此处会出现碳原子柱。
电子能量损失谱进一步证实：所有碳原子均为sp³杂化，是纯净的金刚石相，不含任何石墨残留。
【图2：原子分辨率ADF-STEM图像揭示六方金刚石的ABAB层状堆垛结构及六角对称晶格】
与南京大学合作，团队用机器学习分子动力学模拟揭示了关键机制：在高压下，石墨层间形成层间共价键。这些共价键有两个作用：一是降低六方相成核能垒，让相变更容易发生；二是抑制石墨层滑移，避免滑移后变成立方金刚石。
模拟显示，这些层间键像“铆钉”一样锁住石墨层，诱导六方结构稳定成核生长。如果石墨层过于无序，层间发生滑移，产物就会滑向立方相。
【图3：分子动力学模拟还原了石墨向六方金刚石的转变过程，红色标记的层间共价键是驱动六方相形成的关键】
理论预言60年后，终于可以实测六方金刚石的性能：维氏硬度：轴向达到114 ± 6.4 GPa，径向为106 ± 5.7 GPa（天然钻石约110 GPa），杨氏模量：1229 GPa，明显高于立方金刚石的1087 GPa，剪切模量：516 GPa，同样超越立方金刚石的443 GPa。
热稳定性同样出色：氧化起始温度高达1121 K（约848°C），在高温环境下表现稳定。
【图4：力学测试显示六方金刚石的硬度、杨氏模量、剪切模量均超越立方金刚石，热重分析证明其优异的热稳定性】
《Nature》审稿人评价这项成果：
“truly convincing”（真正令人信服）；
“provide a more complete picture”（提供了更完整的图景）；
“resolve a long-standing controversy”（解决了长期存在的争议）；
这项突破不仅证实了六方金刚石可以独立稳定存在，还解释了天然朗斯代尔石罕见形成的原因——需要极端精确的温压条件，形成窗口极为狭窄。
郑州大学为论文第一完成单位和通讯作者单位。郑州大学物理学院博士研究生来守龙、杨西贵教授和南京大学施九洋博士为该论文共同第一作者，郑州大学单崇新教授、杨西贵教授、程少博教授以及南京大学孙建教授为论文共同通讯作者。
从陨石中的纳米级碎片，到实验室的毫米级块材；从60年争议，到一锤定音。中国科学家用五年时间，完成了这场“点石成金”。
文章题目：Bulk hexagonal diamond
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10212-4
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