为什么石墨在高温高压更容易转造成六方金刚石 ，而不是热力学上更为不变的立方金刚石？选取高通量的仿照步骤 ，UU国际(中国区) - 官方网站资料学院谢耀平副钻研员与复旦大学刘智攀教授 ，博士生张校捷合作解决了这个困扰科学家多年的问题 。
六方金刚石(hexagonal diamond ，HD), 又称蓝丝黛尔石(Lonsdaleite)是天然界中神秘的物质 。第一次发现六方金刚石是在美国亚利桑那州的巴林杰陨石坑(BarringerMeteror Crater)中的魔谷陨石(Canyon Diablo meteorite)和印度阿萨姆国的阿帕拉陨石(Goalpara meteorite)中 。六方金刚石在地质钻研中有着沉要的作用 。例如 ，在距今1.3万年的冰川世纪(Ice Age) ，又称为更新世(Pleistocene), 地球上产生大量的大型动物灭绝 。很多学者以为 ，这与流星撞击地球有关 ，而目前科学家们判定是否有流星撞击事务的沉要证据就是在相应的地质层中 ，是否能够找到六方金刚石 。相迸宗六方金刚石(cubic diamond ，CD) ，立方金刚石则时时呈此刻日常生涯 ，通常被称为钻石 。人类早就知路石墨和钻石是同素异构体 ，利用高温高压固态相变固然能够将石墨转造成金刚石 ，但是通常必要巨大的压强和极度高的温度；即便如此 ，得到的钻石颗粒度也极幼 。
图 1 (a) 高通量推算得到的4000个结构的能量与配位数散布图（b）5种亚稳的双相异质节 ，图中虚线为金刚石密排面 ，即HD(001), CD(111); B2中界面与密排面垂直；橙色象征界面原子 。
寻找石墨合成金刚石的最优合成前提是科学家从前60多年来不休致力的钻研方向 。早在1967年 ，在对石墨逐步增长压强时发现 ，能合成不变存在的金刚石的肇始压强约莫为15 GPa, 肇始温度约莫1000℃ 。然而 ，经过原子结构分析发现 ，在这种前提下合成的金刚石竟然不是常见的立方金刚石 ，而是与来自宇宙的六方金刚石有着同样的结构 。因而 ，理解石墨到六方金刚石的反映机理 ，出格是从原子档次揭示其机理 ，不仅对合成钻石有着基础性的领导意思 ，并且对深刻相识陨石中钻石的具体起源也有着沉要意思 。更为宽泛的是 ，在高压物理中 ，在分歧的压强中物质将阐发成齐全不一样的性质 ，深刻理解石墨到金刚石的相变机理有普适的基础物理意思 。只管从前几十年来 ，人们选取了很多现代尝试和理论步骤对石墨到金刚石的相变进行了宽泛钻研 ，但是由于难于相识固体相变的原子级别反映蹊径 ，对于为何六方金刚石比起立方金刚石越发容易在固固相变中被合成的这一关键问题 ，一向没有答案 。最近 ，谢耀平副钻研员等人选取随机势能面行走(SSW)步骤 ，系统钻研了石墨到金刚石的固体相变过程 ，高通量地寻找所有可能的异相结中央态（见图1） ，为石墨到金刚石的成核相变蹊径的钻研打开了大门 。钻研确定了七种异相结的晶体结构 ，并发现石墨到六方金刚石的相变过程中会形成三维共格成核主题 ，而到立方金刚石的相变过程中必然伴随非共格界面的存在 ，这就导致了石墨到六方金刚石的相改观力学更为容易 。同时 ，该钻研还指出 ，相变过程中的应变力大幼对相变势垒起到至关沉要的影响 。这一钻研工作预测了石墨到金刚石固固相变的成核动力学 ，为人为合成金刚石提供了新的思路 。
最近 ，该钻研工作颁发在国际顶级期刊J. Am. Chem. Soc. ，并迅速得到国内表宽泛关注 。该成就被美国科技资讯新闻网Phys.org做了题为《Scientists solve puzzle of turning graphite into diamond》的深度报路(feature story)；被国内《物理化学学报》列为亮点工作；国度“能源资料化学协同创新中心”也将该工作列为亮点工作 。
有关链接：
1.Yao-Ping Xieet al. "Graphite to Diamond: Origin for Kinetics Selectivity."Journal of the American Chemical Society. DOI:10.1021/jacs.6b11193
2."Scientists solve puzzle of turning graphite into diamond" February 23, 2017https://phys.org/news/2017-02-scientists-puzzle-graphite-diamond.html
