在自然界中，金刚石以其卓越的硬度闻名遐迩，被誉为“硬度之王”。然而，一种更为稀有且硬度超越普通金刚石的变体——六方金刚石，却因其极端形成条件而鲜有人工合成的成功案例。近日，我国科研团队在国际期刊《自然》上发表了一项突破性成果：成功合成了百微米级的高纯度六方金刚石。
金刚石之所以坚硬耐磨，得益于其碳原子以四面体网格状紧密排列。但这种结构也有其软肋，即在特定平面上受力时容易发生错位滑移，从而影响其整体强度。相比之下，六方金刚石的结构更为精妙，性质更为优越，因此成为了科学家们追求的目标。
然而，六方金刚石的人工合成之路并不平坦。由于其在高温高压下的形成能量高于普通金刚石，因此难以通过常规手段获得。我国科学家迎难而上，创新性地提出了一种由石墨向六方金刚石转变的新方法。在精确控制的高温高压和准静水压条件下，通过压缩和加热石墨单晶，最终成功制备出了高纯度的六方金刚石。
这项成果的取得，得益于两项关键技术的突破。首先，科研团队选用了纯度高、无杂质的天然石墨单晶作为原料，这为获得高纯度、微米级大小、结构有序的六方金刚石样品奠定了坚实基础。其次，他们采用了先进的探测手段，通过不断给石墨晶体加压，并用高压原位X光观测样品变化，有效避免了密堆积面的滑移，从而制得了纯净且未变形的六方金刚石块体。
据论文通信作者杨文革介绍，六方金刚石的碳原子之间存在两种不同键长，其中四分之一的“碳-碳”键更短更强，这一特性克服了金刚石密堆积面易滑移的弱点，赋予了六方金刚石更优越的硬度和韧性。而论文第一作者、北京高压科学研究中心研究员杨留响则强调，这项成果不仅为类金刚石材料的研究奠定了方法基础，更为超硬材料和高端电子器件的研发开辟了全新路径。
随着六方金刚石合成技术的突破，其独特的硬度、导热性、光学性能和量子特性等优势将得到进一步发掘和应用。这无疑将为我国在新材料领域的发展注入强大动力。
