被称为“终极半导体”的立方金刚石(CD)在科学和工业上都获得了极大的兴趣。它的多晶型物，六角钻石(HD)，更是引人入胜，因为它的迷人属性与陨石撞击有关。由于没有确凿的实验证据来证明它的存在，HD的物理性质在很大程度上仍未被探索。
2026年3月4日，郑州大学单崇新、程少博、杨西贵、南京大学孙建共同通讯在Nature在线发表题为“Bulk hexagonal diamond”的研究论文。该研究利用单轴应力主导的高温高压合成策略，在约20 GPa和1300–1900 °C条件下，将高度取向热解石墨直接转化为块体六方金刚石。通过同步辐射XRD、原子分辨扫描透射电子显微镜（STEM）以及电子能量损失谱等多种表征手段，首次在实验上确认了结构完全纯净的六方金刚石相。HD被称为lonsdaleite，由于其预计硬度超过CD，并有可能作为陨石撞击的矿物学标志，因此受到了广泛关注。自从近60年前在峡谷Diablo陨石中首次发现HD以来，通过在高温高压(HPHT)下处理石墨碳，或者通过石墨样品的爆炸或冲击压缩，人们已经投入了大量的努力来合成HD。尽管热解石墨的冲击压缩为HD提供了证据，但仅限于在压缩波传播过程中现场检查其离散晶体结构，随后会破坏样品。
由于热力学稳定性，镉优先在天然和合成产品中形成，仅少量存在HD或残余石墨。这些多相混合物通常通过X射线衍射(XRD)和选区电子衍射数据进行鉴定，但具有重叠特征，使HD的精确鉴定变得复杂。研究表明，以前归因于HD的结构证据实际上可能对应于具有堆垛层错或纳米级孪晶的CD，这就对HD相的有效性提出了疑问。因此，HD的存在仍然是有争议和难以捉摸的，主要是因为在生产大量HD纯相方面的挑战，这阻碍了对其内在性质的进一步了解。
从20 GPa和1300℃恢复的大块HD的原子结构（图源自Nature ）
在这里，研究人员报道了从高温下沿c轴压缩的高取向热解石墨(HOPG)合成毫米大小的纯相HD。结合先进的结构表征和理论模拟，证实了HD的身份，并阐明了石墨的转化途径。Bulk HD显示出比CD稍高的硬度和高的热稳定性。这些发现解决了关于HD作为离散碳相存在的长期争议，并提供了对石墨到金刚石相变的新见解，为HD在先进技术应用中的未来研究和实际使用铺平了道路。
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10212-4
觉得本文好看，请点这里！
