鄭州大學(xué)發(fā)表最新Nature論文

編輯丨王多魚

排版丨水成文

立方金剛石（cubic diamond，CD）被譽(yù)為“終極半導(dǎo)體”，在科學(xué)界和工業(yè)界都引起了極大的關(guān)注。其多晶型體——六方金剛石（hexagonal diamond，HD）則更令人著迷，其于 1967 年在隕石中被發(fā)現(xiàn)，因此也被稱為“隕石鉆石”，其獨(dú)特的原子堆垛方式賦予其超越立方金剛石的硬度，因而引起了科研人員的廣泛關(guān)注。

然而，六方金剛石的形成源于隕石撞擊所產(chǎn)生的極端條件，過程短暫且概率極低，其能否獨(dú)立穩(wěn)定存在，長期以來一直存在爭議，且對(duì)其物理性質(zhì)的研究仍處于空白狀態(tài)。

2026 年 3 月 4 日，鄭州大學(xué)單崇新教授、程少博教授、楊西貴教授及南京大學(xué)孫建教授作為共同通訊作者（鄭州大學(xué)來守龍、楊西貴和南京大學(xué)施九洋為論文共同第一作者），在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊Nature上發(fā)表了題為：Bulk hexagonal diamond 的研究論文。

該研究成功合成出了純相六方金剛石塊材，并精確解析了其晶體結(jié)構(gòu)，揭示了其全新的相變機(jī)制。

在這項(xiàng)最新研究中，鄭州大學(xué)金剛石材料與器件團(tuán)隊(duì)歷時(shí)五年潛心研究，從設(shè)備研制入手，開發(fā)出大腔體單軸高壓技術(shù)，并利用該技術(shù)合成出導(dǎo)電金剛石材料。在此基礎(chǔ)上，以高定向熱解石墨（highly oriented pyrolytic graphite，HOPG）為前驅(qū)體，提出石墨層受限滑移的思路，在 20 GPa，1300 ℃ 條件下成功制備出毫米尺寸的純相六方金剛石。

通過結(jié)合先進(jìn)的結(jié)構(gòu)表征和理論模擬，研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)解析了合成的六方金剛石（hexagonal diamond，HD）的晶體結(jié)構(gòu)與成鍵特征，獲得了清晰的原子級(jí)分辨圖像，證實(shí)了其為六方晶系金剛石，并闡明了其從石墨轉(zhuǎn)變的途徑，從而揭示了六方金剛石的全新相變路徑。

基于所獲得的六方金剛石材料，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步系統(tǒng)表征了其力學(xué)性能，結(jié)果顯示，塊體六方金剛石（Bulk HD）的維氏硬度和剪切模量均優(yōu)于傳統(tǒng)的立方金剛石（CD），且具有較高的熱穩(wěn)定性。

合成的六方金剛石的晶體結(jié)構(gòu)、X射線衍射以及原子級(jí)分辨圖像

總的來說，這些發(fā)現(xiàn)解決了長期以來關(guān)于六方金剛石（hexagonal diamond，HD）作為獨(dú)立碳相存在的爭議，并為石墨到金剛石的相變提供了新的見解，為未來在先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用中對(duì)六方金剛石的研究和實(shí)際應(yīng)用鋪平了道路。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10212-4