《自然》：比钻石更硬的钻石，争了六十年，中国团队终于找到了

钻石是地球上最坚硬的天然物质，这是大多数人从中学就知道的常识。但材料科学界有一个持续了几十年的秘密：可能存在一种比普通钻石还硬50%以上的钻石变体。

问题在于，没有人能确定它是否真的被造出来过。

故事要从1967年说起。研究人员在亚利桑那州的陨石样本中发现了一种奇怪的碳结构，那块陨石正是形成著名巴林杰陨石坑的太空岩石的残骸。科学家认为，撞击产生的巨大冲击力将陨石中的石墨瞬间转变成了一种新的碳形态，具有六边形的晶体结构，而非普通钻石的立方结构。

他们把这种新矿物命名为朗斯代尔石，向英国晶体学先驱凯瑟琳·朗斯代尔致敬。

普通钻石的碳原子排列成立方晶体，从特定角度看像是错层堆叠的蜂窝，每三层重复一次规律。而六方钻石的结构每两层就重复一次，层与层之间的碳键更短、更强，理论计算预测其硬度比立方钻石高出50%以上。

听起来是个重大发现。但麻烦随之而来。

大约同一时期，另一支实验室团队声称通过加热压缩石墨人工合成了六方钻石，但随即遭到同行的强烈质疑。更大的打击来自另一批科学家，他们提出朗斯代尔石根本不是六方钻石，只不过是存在大量晶体缺陷的普通立方钻石，看起来像六方结构，其实不是。

这场争论一拖就是几十年，各方都有声称看见它的报告，也都有反驳。内华达大学拉斯维加斯分校的矿物学晶体学家奥利弗·查纳后来统计，声称见过六方钻石的说法多达数百条，但没有一条经得起严格检验。

问题的核心在于实验技术本身的局限。区分六方钻石和有缺陷的立方钻石，依赖的是X射线衍射实验，通过X射线在晶体中散射后产生的特征峰图案来判断原子排列。但查纳指出，高度缺陷的立方钻石产生的衍射峰，和六方钻石非常相似，几乎难以区分。要确定性地证明六方结构，必须在图谱中找到一些额外的、只有六方结构才会出现的明显特征峰。

而这些特征峰，始终没有被清晰、令人信服地呈现出来。

现在，郑州大学物理学家单崇信领导的团队，发表了一项新研究，声称终于做到了。

研究团队从高度定向的热解石墨出发，将其挤压在由碳化钨制成的铁砧之间，施加20吉帕斯卡的压力，大约是大气压的20万倍，同时将温度控制在1300至1900摄氏度之间，最终制备出了毫米级尺寸的六方钻石样品。

毫米级这个细节很重要。过去即便有人声称合成了六方钻石，样品往往极其微小，难以进行系统的性能测试，也难以排除测量误差。这次的样品尺寸，使得更全面的表征分析成为可能。

测试结果显示，该材料的硬度略高于普通立方钻石，抗氧化能力也更强，这与六方钻石的理论预测方向一致。

但最关键的证据，还是那些衍射峰。

查纳对这篇论文进行了同行评审，他的评价是迄今为止最值得信赖的表述。“这篇新论文显示了那些特征峰，”他说，“这就是我相信它的原因。”

查纳是在这个领域有足够发言权的科学家，他曾参与多项极端高压材料研究，他的认可在同行评审界具有相当分量。

如果六方钻石的合成得到进一步独立验证，潜在的应用场景相当广泛。

单崇信在研究中提到，这种材料在切削工具、热管理材料和量子传感领域都有潜在价值。普通钻石已经是工业切削领域的重要材料，硬度再提升50%意味着可以加工目前难以处理的超硬材料，使用寿命也将大幅延长。

在热管理方向，钻石本身就是已知导热性最好的材料之一，六方变体如果导热性同样出色甚至更好，对高功率芯片的散热问题可能提供新的解决路径，这在AI算力硬件需求爆炸的当下，是一个相当现实的应用场景。

量子传感则是更前沿的方向。普通钻石中的氮空位缺陷已经被广泛用于量子传感器的研究，六方钻石不同的晶体对称性可能带来新的量子特性，为量子技术提供新的材料选项。

当然，从实验室合成到规模化应用，还有很长的路要走。当前制备六方钻石需要极高的压力和温度，成本高昂，如何降低制备门槛是工程化的首要挑战。

不过，六十年争论的终结本身就有意义。查纳总结得很简洁：“有数百条声称自己见过它的说法，但这是首次对这种难以捉摸的物质进行非常准确的描述。”

对材料科学界来说，这一次，证明“世界上最硬的物质”还有更硬的版本，终于有了站得住脚的证据。

信息来源：https://www.nature.com/articles/d41586-026-00711-9

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