作者:道格·麦卡洛克和朱迪·布拉德比 立方金刚石和六方朗斯达莱特的晶体结构中原子排列不同
在自然界中，钻石在地球深处形成了数十亿年
这一过程需要压力特别高、温度超过1000℃的环境
我们的国际团队已经在室温下——几分钟内——制造出了两种不同类型的钻石
这是第一次在没有额外加热的情况下在实验室成功生产钻石
我们的发现发表在《小》杂志上
钻石的形式不止一种 碳原子可以以多种方式结合在一起，形成不同的材料，包括软黑石墨和硬透明金刚石
有许多众所周知的类似石墨结合的碳形式，包括石墨烯，有史以来最薄的材料
但是你知道还有不止一种碳基材料具有类金刚石结合吗？ 在普通的金刚石中，原子排列成立方晶体结构
然而，也可以将这些碳原子排列成六边形晶体结构
这种不同形式的钻石被称为朗斯代尔钻石，以爱尔兰晶体学家和皇家学会会员凯瑟琳·朗斯代尔的名字命名，她用x光研究了碳的结构
人们对朗斯达莱特很感兴趣，因为据预测它比普通钻石硬58%——普通钻石已经被认为是地球上最坚硬的天然物质
它首先在自然界中被发现，在亚利桑那州的峡谷迪亚波罗陨石坑的位置
此后，微量的这种物质在实验室里通过加热和压缩石墨合成，使用高压压力机或炸药
我们的研究表明，朗斯代尔钻石和普通钻石都可以在实验室环境下，在室温下通过施加高压形成
在“剪切力”中，物体在一端被推向一个方向，在另一端被推向相反的方向
信用:维基共享 制造钻石的许多方法 早在1954年，钻石就在实验室里合成了
然后，通用电气公司的特雷西·霍尔利用模拟地壳内部自然条件的过程创造了它们，添加了金属催化剂以加速生长过程
其结果是高压高温钻石与自然界中发现的钻石相似，但往往更小、更不完美
这些至今仍在生产，主要用于工业应用
另一种制造钻石的主要方法是通过化学气体工艺，用一颗小钻石作为“种子”来生长更大的钻石
大约需要800℃的温度
虽然生长相当缓慢，但这些钻石可以生长得很大，并且相对没有缺陷
大自然提供了形成钻石的其他方式的线索，包括在陨石对地球的猛烈撞击期间，以及在我们太阳系的高速小行星碰撞等过程中——创造了我们所说的“地外钻石”
科学家们一直试图准确理解撞击或外星钻石是如何形成的
有证据表明，除了高温和高压之外，滑动力(也称为“剪切力”)也可能在触发它们的形成中起重要作用
受剪切力冲击的物体在顶部被推向一个方向，在底部被推向相反的方向
一个例子是将一副牌推到顶部的左边和底部的右边
这将迫使副牌滑动，纸牌散开
因此，剪切力也被称为“滑动”力
在室温下制作钻石 为了我们的工作，我们设计了一个实验，其中一小片类似石墨的碳受到极端剪切力和高压，以促进金刚石的形成
这张电子显微镜照片显示了朗斯戴利特“海洋”中的钻石“河流”
与大多数以前在这方面的工作不同，在压缩过程中没有对碳样品进行额外的加热
使用先进的电子显微镜——一种用于捕捉高分辨率图像的技术——得到的样品被发现含有规则的钻石和朗斯达莱特
在这种前所未见的排列中，一条薄薄的钻石“河”(大约比一根头发小200倍)被一片朗斯达莱特“海”所包围
这种结构的排列让人想起在其他材料中观察到的“剪切带”，在这种材料中，狭窄的区域会经历强烈的局部应变
这表明剪切力是这些金刚石在室温下形成的关键
难啃的坚果 在室温下，在几分钟内制造钻石的能力，开启了无数制造的可能性
具体来说，用这种方法制造“比钻石还硬”的朗斯代尔特，对于需要极硬材料的行业来说，是令人兴奋的消息
例如，金刚石被用来涂覆钻头和刀片，以延长这些工具的使用寿命
我们面临的下一个挑战是降低形成钻石所需的压力
在我们的研究中，在室温下观察到钻石形成的最低压力是80吉帕斯卡
这相当于一只芭蕾舞鞋尖上有640头非洲象！ 如果钻石和朗斯达莱特都能在较低的压力下生产，我们就能生产更多、更快、更便宜的钻石
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