原创 中国科学家合成一种新形态的次晶态金刚石

固体通常被分为结晶态和非结晶态两种状态，之间是否存在一个中间态？北京高压科学研究中心研究员缑慧阳等通过实验回答了这个问题，并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。

通过其在大腔体压机中发展的最新极端高压技术，缑慧阳研究员与合作者在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。

实验显示，次晶态金刚石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。

这种次晶态的发现，在结构拓扑上链接了非晶态和晶态，为碳材料家族增加了一种新的结构形态，对于揭示非晶态材料复杂的结构本质具有深远意义。