碳家族“添丁”！科学家合成次晶态金刚石

北京高压科学研究中心研究员缑慧阳等在高温高压条件下合成了一种新形态的金刚石——次晶态金刚石，填补了非晶态结构和晶态结构之间原子排列尺度上的缺失环节，为深层次理解非晶态材料的复杂结构提供了密钥。该成果11月25日在线发表于《自然》。

　　缑慧阳与合作者通过其在大腔体压机中发展的最新极端高压技术，在30GPa、1500~1600K的温压条件下，对富勒烯（C60）前驱体进行高温高压处理发现，压缩的富勒烯聚合转变成为一种高密度无序的sp3键合的碳。高分辨透射电子显微镜显示，样品中存在高密度且均匀分布的类晶体团簇（尺寸为0.5~1.0nm），其原子构型接近于立方和六方金刚石，且具有很高的晶格畸变，即次晶态金刚石。

　　“模拟结果显示，次晶态金刚石和非晶态金刚石具有显著的结构差异。二者都不具有长程有序性，且在第一个配位原子层，次晶态金刚石和非晶态金刚石同时具有相似的有序性。然而，在中程尺度范围（2~5原子层），次晶态金刚石的有序性虽然在逐步降低，但远高于非晶态金刚石。”论文共同通讯作者、美国乔治梅森大学教授生红卫说。

　　“这种次晶态的发现，在结构拓扑上链接了非晶态和晶态，对于揭示非晶态材料复杂的结构本质具有深远意义。”论文第一作者、北京高压科学研究中心博士唐虎告诉《中国科学报》，“次晶态金刚石的发现为碳材料家族增加了一种新的结构形态，它兼具优异的机械性能、热稳定性以及独特的光学特性，在高端技术领域和极端环境下具有重要的应用前景，有利于进一步开发新型类金刚石材料。”

　　相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-021-04122-w