俗話(huà)說(shuō)：“沒(méi)有金剛鉆，不攬瓷器活”。這里說(shuō)的金剛鉆是我們常說(shuō)的鉆石，也叫金剛石，它不僅象征著永恒的愛(ài)情，更是世界上已知最硬的材料，在切削打磨、精密加工、航空航天、半導(dǎo)體等諸多領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。鉆石最早發(fā)現(xiàn)于礦物中，以及后來(lái)通過(guò)人造鉆石技術(shù)工業(yè)化生產(chǎn)，而這些形成過(guò)程一般都要求高溫高壓條件。目前主要有兩種機(jī)制用于解釋高溫高壓下金剛石的形成，即協(xié)調(diào)機(jī)制和成核機(jī)制。然而，這兩種機(jī)制卻很難解釋室溫高壓下金剛石的形成。其實(shí)早在1992年，法國(guó)科學(xué)家就曾發(fā)現(xiàn)，室溫高壓處理碳材料也能制備出金剛石。后來(lái)研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在高壓下，特別是非靜水壓中出現(xiàn)較大剪切應(yīng)力時(shí)，室溫就可以合成出金剛石，然而非靜水壓條件通常難以控制/定量分析，理論上也很難進(jìn)行模擬，因此，室溫高壓金剛石的形成過(guò)程與形成機(jī)理是困擾學(xué)術(shù)界的科學(xué)難題，成為近三十年來(lái)的未解之謎。

       最近，吉林大學(xué)姚明光、劉冰冰教授研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)在金剛石對(duì)頂壓機(jī)中引入單軸應(yīng)力，利用自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)組裝，實(shí)現(xiàn)了高壓下對(duì)石墨加載可控的單軸力，進(jìn)而產(chǎn)生剪切效應(yīng)。發(fā)現(xiàn)石墨在這種高壓剪切的作用下可以轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑥?qiáng)sp3態(tài)（在壓腔壓力為52GPa時(shí)，強(qiáng)度可高達(dá)150GPa），而卸壓后轉(zhuǎn)化為金剛石和石墨的混合物。這種新奇的石墨-金剛石轉(zhuǎn)變過(guò)程可能對(duì)應(yīng)著一種新的金剛石形成機(jī)制。進(jìn)一步利用分子動(dòng)力學(xué)模擬，通過(guò)建立模型模擬了石墨在剪切高壓的轉(zhuǎn)變，發(fā)現(xiàn)石墨在高壓下，根據(jù)施加的剪切程度不同，會(huì)轉(zhuǎn)變成多種“層狀金剛石”或全sp3的亞穩(wěn)碳結(jié)構(gòu)，而令人意外的是，在卸壓過(guò)程中這些碳結(jié)構(gòu)又可轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸蛘呤Y(jié)構(gòu)，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合，為室溫高壓剪切下金剛石的形成提供了一個(gè)新的圖像。該結(jié)果首次給出了剪切誘導(dǎo)石墨向金剛石轉(zhuǎn)變的微觀機(jī)制，提出了一個(gè)金剛石形成的新機(jī)制。正如審稿人在評(píng)論中所述：“這是一個(gè)非常有趣的工作對(duì)于物理、材料化學(xué)以及礦物學(xué)領(lǐng)域研究具有重要意義，解決了長(zhǎng)期以來(lái)室溫高壓下金剛石和類(lèi)金剛石相形成的科學(xué)難題，研究中可控的剪切應(yīng)力實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和理論計(jì)算獲得了令人印象深刻的成功”。