復雜形變下鉆石呈現(xiàn)出內(nèi)稟超導電性鉆石（金剛石）因其無與倫比的堅硬耐磨、純凈無暇和璀璨奪目，被奉為“寶石之王”。自古以來，各種美好的神話和歷史傳說，賦予了鉆石獨特的神秘色彩，也增添了人們對她的熱衷和喜愛，還促成了源遠流長、博大精深和影響深遠的鉆石文化。

       二十世紀之后，科學界對鉆石的力學、熱學和光學等物理性質(zhì)進行了系統(tǒng)的探索，逐漸又發(fā)現(xiàn)了她在工業(yè)生產(chǎn)、科學研究和技術革新等領域的優(yōu)勢引領價值。一方面，鉆石或鉆石基復合材料被系統(tǒng)地結(jié)合到切割、研磨、鉆探工具中，廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)、地質(zhì)勘探和精密加工領域；另一方面，鉆石的優(yōu)異力學和光學特性造就了對頂砧的優(yōu)化和應用，并把高壓科學和技術推到了現(xiàn)代科學研究的前沿，為超高壓下新材料的設計和制備，以及天體形態(tài)和演化的奧秘的探索提供了強有力工具。近年來，科學界對鉆石的研究興趣更為活躍，尤其是最新發(fā)展的納米結(jié)構材料的獨特性質(zhì)，以及鉆石在復雜極端條件下的奇異行為。相關前沿研究要求科學界對在廣泛的加載條件下對鉆石的結(jié)構和物性響應行為，以及相應的物理機理有更深入的理解。

       鉆石的晶體中，碳原子通過三維強共價sp3雜化軌道成鍵，并形成正四面體結(jié)構。其價電子高度局域在共價鍵區(qū)域，不參與導電，因此，鉆石是一種寬帶隙絕緣體。鉆石的導熱系數(shù)遠高于傳統(tǒng)的金屬導體，并且能服役于極強電場。如果晶格中存在可自由移動的傳導電子，鉆石還將在電子器件領域具有重要應用空間。因此，理論和實驗工作者都大量研究并報導了摻硼鉆石的具有導電，甚至超導的現(xiàn)象，實現(xiàn)了外部引入載流子的無損耗傳導。

       2019年11月，吉林大學和美國內(nèi)華達大學拉斯維加斯分校的科研團隊系統(tǒng)研究了鉆石在復雜應變下的結(jié)構響應和物理性質(zhì)演化行為。研究結(jié)果顯示：高壓和高剪切共存的加載條件可有效抑制鉆石原子間的脆性斷裂模式，促使鉆石這一自然界硬度最高的脆性材料，在原子尺度呈現(xiàn)出“流暢”的結(jié)構延展性。同時，鉆石的獨特結(jié)構“蠕變行為”，伴隨著其電子帶隙的閉合，促使電子在晶格的導電通道中“流暢”地傳導，使鉆石呈現(xiàn)出電子傳導性[Phys. Rev. Lett.123, 195504 (2019)]。近日，該團隊通過進一步理論研究發(fā)現(xiàn)：隨著應變的增大，鉆石中費米面處的電子態(tài)密度顯著增加，并伴隨著晶格振動模式的軟化行為。鉆石傳導電子與晶格振動發(fā)生的強烈耦合行為，誘導出由聲子機制驅(qū)動的、無需外部引入載流子的內(nèi)稟超導現(xiàn)象，超導溫度達2.4～12.4 K。這些新近發(fā)現(xiàn)的奇異結(jié)構延展性、電子傳導性和超導特性，極大地豐富了鉆石的內(nèi)稟屬性，也改變了人們對超硬材料的傳統(tǒng)認知。此外，作為超高壓實驗的壓力產(chǎn)生裝置，金剛石對頂砧被廣泛應用在凝聚態(tài)物質(zhì)的光、電學等信號的原位實驗測試和表征研究。本研究發(fā)現(xiàn)的鉆石新奇內(nèi)稟物性，將對超高壓下凝聚態(tài)物質(zhì)的原位光譜和電輸運物性的實驗測量和分析，以及實驗儀器的設計和優(yōu)化，具有重要指導作用。

       本研究是在吉林大學李全教授和馬琰銘教授與美國內(nèi)華達大學拉斯維加斯分校陳長風教授合作下，共同指導博士研究生劉暢和宋賢齊完成。該研究獲得了國家重點研發(fā)計劃（2018YFA0703400），國家自然科學基金（11622432，11474125，11534003）和吉林大學科技創(chuàng)新團隊計劃等項目的資助。研究成果以“Superconductivity in Compression-Shear Deformed Diamond”為題，于2020年4月6日發(fā)表于美國物理學會《Physical Review Letters》雜志上，并被遴選為編輯推薦文章。