3月5日，郑州大学在顶尖期刊《自然》上发表了一项重磅研究，这也是该校第一次在该刊发文。这次研究的是金刚石材料与器件团队，他们搞出来了一块毫米级的纯相六方金刚石块材，还把它的晶体结构给解析清楚了，弄明白了新的相变机制。这篇论文的题目就叫“Bulk hexagonal diamond”。论文第一作者是郑州大学物理学院的来守龙博士和杨西贵教授，还有南京大学的施九洋博士；通讯作者有郑州大学的单崇新教授、杨西贵教授、程少博教授，以及南京大学的孙建教授。他们把这项研究的第一完成单位和通讯单位都写在了郑州大学头上。金刚石这东西特别厉害，硬度最大、导热好、速度快、禁带宽，还有生物兼容性好，所以在工具、珠宝、散热还有半导体这些方面都用得着，大家管它叫“工业牙齿”和“终极半导体”。 传统的金刚石都是立方晶系结构的，但早在1962年就有人从理论上预言过六方晶系金刚石也可能存在。到了1967年，科学家们在陨石里找到了一种六方结构的碳同素异形体，就是六方金刚石，也叫“朗斯代尔石”或者“陨石钻石”。理论上还说这种结构硬度更高，所以很受大家关注。不过问题在于，天然的六方金刚石太小了，只有纳米级那么大，嵌在陨石里很难弄出来；它形成的条件太极端了，是陨石撞击造成的一瞬间现象。 更麻烦的是，实验里要合成六方金刚石的话，能量壁垒太高了，高温高压下去搞出来的多半还是立方相。所以很长时间以来大家都在怀疑六方金刚石能不能单独稳定存在，还有它的性能到底怎么样也很难测准。直到2025年才迎来突破：先是吉林大学刘冰冰教授的团队在2月份先把块材搞出来了；接着北京高压科学研究中心毛河光院士团队在7月利用高纯石墨也合成了六方金刚石。不过关于它到底是怎么变来的、原子尺度上长啥样，大家心里还是没底。 为了解决这些问题，郑州大学的团队花了五年时间搞研究。他们先是把设备做出来，搞了个大腔体单轴高压技术；然后就用这个技术把导电金刚石做出来了。接下来他们用高定向热解石墨做原料，提出了石墨层受限滑移的想法，在20 GPa、1300摄氏度的条件下硬是弄出了毫米大的纯相六方金刚石。 他们用同步辐射X射线衍射、球差校正电镜和电子能量损失谱等手段一整套分析下来，把晶体结构和化学键的特点都弄明白了，还拍到了原子级别的清晰照片，证实了这就是六方晶系金刚石。他们又找南京大学孙建教授合作做了机器学习分子动力学模拟的实验，把这种金刚石的相变路径给揭开了。 最后他们拿超声波、纳米压痕和维氏硬度这些方法测了测力学性能，结果发现无论是硬度还是剪切模量都比传统的立方金刚石更强。审稿人看完后都夸这研究“非常有说服力”，“让我们对六方金刚石有了更完整的认识”，“解决了一个长期的争议”。 这些来自不同团队的证据互相印证了人工合成六方金刚石的可行性。这不仅让人们合成这种材料的梦想有了具体方案和证据支持，也为以后大规模制备和应用开辟了道路。这项工作得到了国家自然科学基金、河南省自然科学基金以及郑州大学的资助支持。