金剛石的碳原子排布呈四面體網格狀，堅硬又耐磨，被稱為“硬度之王”。然而這一結構也有弱點：某些平面一旦受力，就容易錯位滑移，限制其強度。于是科學家把眼光投向另一種結構更精美、性質更優越的超級鉆石——六方金剛石。
六方金剛石的形成條件極為苛刻，人工合成最大難點在于高溫高壓下六方金剛石的形成能量高于普通金剛石，因此高溫高壓產物常以普通金剛石為主，而難以得到六方金剛石。
我國科學家創新提出了一種由石墨到六方金剛石轉變的方法，在可控的高溫高壓、準靜水壓條件下，壓縮和加熱石墨單晶，最終得到高純度六方金剛石。
左圖為常見金剛石的碳原子結構排列，右圖為六方金剛石的碳原子排列。（受訪者供圖）
“普通金剛石的碳原子以相同的鍵長相連接。而我們合成的六方金剛石碳原子之間存在兩種不同鍵長，四分之一的‘碳-碳’鍵更短更強，克服了金剛石密堆積面易滑移的弱點，具備更優越的硬度、韌性。”論文通信作者楊文革說。
論文第一作者、北京高壓科學研究中心研究員楊留響介紹，高純度六方金剛石的合成，歸功于兩項關鍵技術：一是選擇純度高、無雜質的天然石墨單晶，有助于得到純度更高、微米級大小、結構有序的六方金剛石樣品；二是采用恰當的探測手段——研發人員給石墨晶體不斷加壓，并用高壓原位X光觀測樣品變化，避免了密堆積面的滑移，最終制得純凈、未變形的六方金剛石塊體。
“這項工作為下一步類金剛石材料研究奠定方法基礎。六方金剛石更加出色的硬度、導熱性、光學性能、量子特性等，也將為超硬材料和高端電子器件研發開辟新路徑。”高壓物理學家、中科院外籍院士毛河光說。
