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　　六方金剛石因可能優(yōu)于立方金剛石的強(qiáng)度、熱學(xué)與光學(xué)性能而備受關(guān)注。然而，過去所有關(guān)于六方金剛石的“發(fā)現(xiàn)”均局限于極小尺寸、混相或結(jié)構(gòu)不清的樣品，無法確認(rèn)其為“真正獨(dú)立材料”。

　　聯(lián)合團(tuán)隊(duì)采用單晶石墨作為前驅(qū)體，在金剛石壓砧內(nèi)的準(zhǔn)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(jī)所團(tuán)隊(duì)依托超高時(shí)空分辨表征技術(shù)能力優(yōu)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 Å和1.58 Å兩種C-C鍵長，揭示其區(qū)別于立方金剛石的獨(dú)特“層內(nèi)+層間”混合sp3鍵合方式，確證其為獨(dú)立、均一的純sp3碳相。樣品的維氏硬度高達(dá)110 GPa，性能可媲美天然立方金剛石。

　　聯(lián)合團(tuán)隊(duì)圍繞石墨向金剛石轉(zhuǎn)化之謎開展聯(lián)合關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，在原子空間與飛秒時(shí)間尺度下，完整捕捉到石墨向金剛石轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵中間態(tài)和演化路徑以及多種新型亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，為高純度六方金剛石的合成奠定了原子尺度表征技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段。一是借助高分辨透射電鏡和電子衍射技術(shù)，首次在原子尺度上直接觀察到理論預(yù)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(jī)制提供了直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)。這些發(fā)現(xiàn)解決了近70年來關(guān)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(shù)，對轉(zhuǎn)角雙層石墨烯進(jìn)行飛秒激光泵浦-超快電子探測實(shí)驗(yàn)，首次發(fā)現(xiàn)具有特定AA/AB'堆垛的轉(zhuǎn)角石墨烯在約100 fs的超快時(shí)間尺度上形成瞬態(tài)二維金剛石結(jié)構(gòu)“Diaphitene”，而純AB堆垛則未觀察到此現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)展示了超快光場調(diào)控相變的獨(dú)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(guān)研究成果發(fā)表在《自然》（Nature）上。

高溫高壓合成的塊體六方金剛石和六方及立方金剛石結(jié)構(gòu)示意圖

石墨向金剛石轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵科學(xué)問題

原子空間與飛秒時(shí)間尺度下石墨到金剛石相變過程