中国科学家造出“逆天”钻石!终结困扰学界60余年的科学争议
创始人
2025-09-05 15:34:12
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今年84岁的中国科学院外籍院士、北京高压科学研究中心主任毛河光,已发表论文900余篇,其中包括《科学》《自然》顶级期刊论文70余篇,论文总被引次数高达数万次,堪称材料科学领域的学术泰斗。这位在顶刊发表论文已如探囊取物的科学大家,却经历了职业生涯中最漫长的一次学术交锋——与审稿人展开了十余轮严谨的学术切磋。在这场持续4年的“科学论剑”后,其团队关于高纯度六方金刚石的开创性研究成果终获《自然》杂志认可。这项历经千锤百炼的突破性发现,不仅以无可辩驳的实验证据证实了六方金刚石的宏观存在性,更终结了困扰学界60余年的重大科学争议。

好科学不怕打磨

在材料科学的浩瀚星空中,六方金刚石犹如一颗神秘的“天体”,这种理论上比立方金刚石更为完美、坚硬的碳同素异形体,自1962年被理论物理学家预言以来,其存在与否始终笼罩在迷雾之中。

1967年,尽管科学家在陨石中发现了六方金刚石的天然踪迹,但受限于极高的形成能量和难以合成的特性,高纯度六方金刚石的制备成为超硬材料领域难以企及的彼岸。关于其宏观存在性的争议,不仅考验着科学家的理论功底,更挑战着实验技术的极限。

当多数研究者选择观望时,毛河光却从陨石坑中那些迷宫般的碳晶体排列里,看到了打开新材料之门的钥匙。这种敏锐的洞察力,源于他半个多世纪与高压科学深度绑定的独特视角——在常人视为绝境的极端条件下,他总能发现物质转化的奇迹。正是这种将理论猜想转化为物质实体的执着,最终驱使他带领团队踏上了终结科学争议的征程。

研究人员制备的六方金刚石样品

毛河光与六方金刚石的邂逅,始于半个多世纪前美国科研人员在陨石坑中的那次偶然发现。当其他学者将这种原子排列如迷宫般的碳晶体视为天外来客的孤例时,这位未来的人造金刚石大师却从中看到了科学突破的曙光。

毛河光的研究轨迹与六方金刚石的发展历程形成了奇妙的呼应:早年在华盛顿卡内基研究院设计高压装置时,他就已创造出能模拟地幔极端条件的实验环境;后来在美国阿贡国家实验室,他更是将静态高压技术推向新的高度。这些积累为后来攻克六方金刚石合成难题埋下了伏笔。

2012年创立北京高压科学研究中心后,毛河光集结了顶尖团队,开启了从理论到物质的科学实践。他们创新石墨合成法,成功制备出百微米至毫米级“超级钻石”——六方金刚石类单晶块体,尺寸足以让曾被视为边角料的质疑彻底消散。

左为常见金刚石的碳原子结构排列,右为六方金刚石的碳原子排列

在表征阶段,团队运用同步辐射X射线衍射、拉曼光谱等尖端技术,从晶体结构、光学特性等多维度证实了材料的真实性。当电子显微镜下呈现出完美的六方晶格时,这场持续半个多世纪的纸上猜想终于转化为实验室中可触摸的实体。

这项突破性成果的诞生,恰如毛河光科研哲学的生动注脚:在可控的高压环境中,物质会展现出超越常规的形态。他带领团队不仅合成了六方金刚石,更重新定义了未来材料的可能性。硬度比普通钻石高60%的六方金刚石,为超硬材料和半导体领域开辟新路径,将推动量子计算、航空航天及极端环境工具的未来发展。

当论文最终发表于《自然》杂志时,这场持续4年的审稿拉锯战已成为科学史上的一段佳话。毛河光笑着回忆与审稿人大战十几个回合的过程:“有位审稿人始终对我们的材料存疑,反复要求补充证据。面对质疑,团队补数据、改表述、加实验,往来邮件打印成册的厚度堪比专著。”

这种严苛的打磨,在毛河光眼中恰如科研的高压环境——能逼自己做出最好的工作。他将这种高标准视为幸运:好的科学不怕打磨,怕的是没人愿意认真打磨你。

这种态度与毛河光科研生涯中创造的高压环境一脉相承——在可控的极端条件下,物质会展现出常规状态下无法企及的完美形态。4年审稿期最终成就的,不仅是一篇论文,更是一个经受住国际同行最严苛检验的科学范式。

科学探索如采矿

生于上海、成长于台湾的毛河光,其科学生涯本身就是一部“高压”史:从台湾大学地质系起步,到美国罗切斯特大学博士毕业,再到卡内基研究院地球物理实验室高级研究员,后又加入了美国阿贡国家实验室担任该实验室先进光源高压协调中心主任,他始终在创造物质转化的奇迹。他设计的高压装置、写下的压力标准、开创的实验技术,如今已成为全球超高压实验室的“通用语言”。世界范围内,绝大多数静态超高压研究要么基于他发明的仪器,要么依托于他所奠定的理论。

毛河光的学术荣誉如同他培育的金刚石般璀璨:国际高压最高奖BRIDGMAN奖、美国国家科学院的Arthur L. Day奖、瑞典皇家科学院的爱明诺夫奖、美国矿物学会Roebling Medal等国际大奖,记录了他在高压物理领域的开创性贡献。

作为中美英三国院士(1993年当选为美国国家科学院院士,1996年当选为中国科学院外籍院士,2008年当选为英国皇家学会外籍院士。另外,他还曾获中国政府“友谊奖”),他不仅推动了我国金刚石压腔技术的从无到有,更通过设立奖学金、回国讲学等方式,将高压科学的火种播撒故土。2012年创立北京高压科学研究中心时,他的目标很明确:要让中国的高压研究站在国际舞台中央。如今,这个由他亲手打造的实验室,已经成为六方金刚石等突破性成果的诞生地。

毛河光在同步辐射装置中做实验

在年轻学者眼中,毛河光既是严师又是向导。他常说自己转换了角色:从亲手操作的科研战士,变为指引方向的指南针。尽管视力模糊、手指不再灵活,他仍坚持每天工作十小时,全年无休地守护实验室。这种执着源于他对科研本质的深刻理解——真正的颠覆性科学,从来不是在指标与考核中考出来的。他呼吁为学者营造允许沉默、允许失败的创新环境,就像他实验室里可控的高压装置:既能激发突破性变化,又不会压垮研究体系。

毛河光与高压科学的关系,早已超越职业范畴。年轻时,他为了观测金刚石变化曾睡在实验桌下;如今,虽然不再躺在桌子底下,但他的心从未离开实验室。“科研于我,是热爱,是生活,更是快乐的源泉”,这句话道出了这位科学巨匠的赤子之心。当被问及为何84岁仍坚守一线,毛河光笑着指向六方金刚石样品:“高压科学这个‘矿’,我才挖了一小块儿,底下还有整座山!”这种永不停歇的探索精神,恰如他合成的完美晶体——在持续的高压淬炼中,绽放出永恒的科学光芒。

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