北京高壓科學研究中心毛河光和楊文革團隊聯合中國科學院西安光學精密機械研究所羅端團隊，首次在國際上成功合成百微米-毫米級、結構有序、高純度的六方金剛石塊體樣品，結合單晶X射線衍射、高分辨電子顯微成像及能譜學等表征手段，從不同角度全面證明了六方金剛石純相樣品的成功合成。這終結了1962年理論預言以來關于六方金剛石宏觀存在性的爭議，使得曾經只能在宇宙隕石中偶得一見的奇異材料在實驗室中被復現。
六方金剛石因可能優于立方金剛石的強度、熱學與光學性能而備受關注。然而，過去所有關于六方金剛石的“發現”均局限于極小尺寸、混相或結構不清的樣品，無法確認其為“真正獨立材料”。
聯合團隊采用單晶石墨作為前驅體，在金剛石壓砧內的準靜水高壓高溫條件下成功合成百微米級大小、高度有序的六方金剛石三重孿晶樣品。
西安光機所團隊依托超高時空分辨表征技術能力優勢，通過原子分辨透射電鏡及電子能量損失譜測量等手段，在原子尺度深度剖析了合成的樣品，首次清晰觀測到1.50 ?和1.58 ?兩種C-C鍵長，揭示其區別于立方金剛石的獨特“層內+層間”混合sp3鍵合方式，確證其為獨立、均一的純sp3碳相。樣品的維氏硬度高達110 GPa，性能可媲美天然立方金剛石。
聯合團隊圍繞石墨向金剛石轉化之謎開展聯合關鍵技術攻關，在原子空間與飛秒時間尺度下，完整捕捉到石墨向金剛石轉變的關鍵中間態和演化路徑以及多種新型亞穩態結構，為高純度六方金剛石的合成奠定了原子尺度表征技術實現手段。一是借助高分辨透射電鏡和電子衍射技術，首次在原子尺度上直接觀察到理論預測的正交石墨（AB′堆垛）中間相，并完整捕捉到六角石墨（AB堆垛）→正交石墨→六方/立方金剛石的原子級演化路徑，為“成核-生長”機制提供了直接實驗證據。這些發現解決了近70年來關于石墨-金剛石相變微觀路徑的核心問題。二是利用原子分辨的超快電子衍射技術，對轉角雙層石墨烯進行飛秒激光泵浦-超快電子探測實驗，首次發現具有特定AA/AB'堆垛的轉角石墨烯在約100 fs的超快時間尺度上形成瞬態二維金剛石結構“Diaphitene”，而純AB堆垛則未觀察到此現象。這一發現展示了超快光場調控相變的獨特潛能，為合成新型二維金剛石材料提供了全新路徑。
7月30日，相關研究成果發表在《自然》（Nature）上。
論文鏈接
高溫高壓合成的塊體六方金剛石和六方及立方金剛石結構示意圖
石墨向金剛石轉變的關鍵科學問題
原子空間與飛秒時間尺度下石墨到金剛石相變過程
本文鏈接：高純度六方金剛石成功合成http://www.sq15.cn/show-12-1554-0.html
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