图 六方金刚石的晶体结构、X射线衍射及原子级分辨图像

　　在国家自然科学基金项目（批准号：62422408、62027816）等资助下，郑州大学金刚石材料与器件团队单崇新教授、杨西贵教授、程少博教授联合南京大学孙建教授在金刚石领域取得进展。研究成果以“六方金刚石块材 (Bulk hexagonal diamond)”为题，于2026年3月5日发表于《自然》（Nature）期刊，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10212-4。

　　金刚石被誉为“终极半导体”，在热管理、量子信息及半导体器件等领域具有广阔的应用前景。传统金刚石都为立方晶系，其同素异形体六方金刚石因理论上具有更高的硬度和热稳定性而备受关注。然而，天然六方金刚石仅以纳米级颗粒嵌在陨石中难以分离，其形成源于陨石撞击，过程短暂且概率极低。实验上，六方金刚石的形成能高于立方金刚石，导致高温高压下的产物为立方相，六方金刚石能否独立稳定存在及其本征物性长期存在争议。

　　针对上述挑战，郑州大学团队提出“石墨层受限滑移”思路，开发出大腔体单轴高压技术，利用高定向热解石墨为前驱体，在20 GPa，1300^oC条件下成功制备出纯相六方金刚石。通过同步辐射X射线衍射、球差校正透射电子显微镜及电子能量损失谱等多种表征手段，系统解析了其晶体结构与成键特征，获得原子级分辨图像（图），并结合机器学习分子动力学模拟，揭示了六方金刚石的相变路径。超声波声速、纳米压痕和维氏硬度等力学性能测试表明，所获得的六方金刚石在维氏硬度和剪切模量上均优于传统立方金刚石。

　　该研究解决了六方金刚石是否能独立存在的学术争议，揭示了极端条件下石墨向六方金刚石相变的新机制，为六方金刚石的合成提供了明确方案与关键证据，也为其规模化制备及其未来应用提供了可能。