钻石通常有两种“口味”：立方结构，具有珠宝价值； 以及一种坚韧的“六角形”晶体，称为朗斯代尔石。
科学家发现，形成立方体需要更多的能量先前意识到的，解决了长石榴石如何形成的难题，并有可能帮助我们合成更硬的晶体。
要制造钻石，您只需将石墨挤压到约 20 吉帕斯卡（或几乎是大气压的 200,000 倍）的压力，就会产生两种不同的碳排列之一。
在压力略低于 20 吉帕斯卡的情况下，碳原子往往会重新排列成六方晶格，而当压力更大时，碳原子会重新排列成立方结构。
但目前的模型预测我们应该在两种压力下看到立方变体的形式，这促使研究人员复旦大学和上海大学在中国使用一种新的建模过程来发现原因。
金刚石和石墨两种都被描述为同素异形体碳，这意味着它们都是由以不同方式连接在一起的碳原子组成的。
在石墨，每个碳原子与其他三个原子形成键，产生扁平的蜂窝状片材，称为石墨烯，很容易从相邻层上剥落。
施加大量压力会挤压这些层，从而使层中的碳原子可以与相邻的片材形成粘合，将各层连接成我们所知的 3D 晶体块钻石。
有两种方式可以实现这种情况：一种是石墨烯片沿相同方向排列，另一种是每个连续层沿相反方向取向。
我们在订婚戒指中享用的清晰、切割精美的钻石通常是由排列整齐的石墨烯片制成的。
这种钻石可以在地壳深处的上升岩浆柱中自然地冒泡，这些岩浆柱冷却成一种称为火成岩的类型。金伯利岩。
由交替取向的石墨烯层形成的金刚石被描述为六方晶系，并且呈现为小的黄棕色晶体。
这些晶体被称为朗斯代尔石，极为罕见，偶尔被发现为有缺陷的晶体陨石撞击地点周围。
问题在于，描述钻石形成的模型预测立方钻石应该在长石形成之前在略低于 20 吉帕斯卡的压力下形成，因为与六角形结构相比，将排列整齐的石墨烯片挤压成立方体所需的能量被认为更少。
但是这个这不是我们所看到的事实上，这给化学家们带来了一些需要解决的谜题。
研究人员使用一种称为“随机表面行走”的模拟来比较当石墨转变为金刚石时原子形成键的不同方式，并找到依赖于能量最低的中间排列的方式。
事实证明，石墨烯片和正在生长的菱形矿晶体之间的连接比石墨烯层和立方金刚石之间的连接更稳定、张力更小。
这种增加的稳定性会影响所谓的反应动力学– 化学过程发生的速度 – 以及形成六角形结构的速度快 40 倍比立方金刚石结构。
换句话说，现有模型缺少一个关键步骤，导致人们假设制造立方钻石所需的能量比制造六角钻石所需的能量更少，而实际上制造六角钻石所需的能量更多。
这项研究可能具有钻石生产以外的应用，例如用于解决固体同素异形体之间其他转变中的类似问题。
在工业中，钻石因其硬度而备受推崇，而这正是朗斯代尔石的王者地位 - 在纯净的形式中，它是难度提高 58%比它的立方表兄弟。
尽管在这种压力下是首选形式，但它们仍然很难以有用的尺寸生产，因此相当稀有。
“虽然立方金刚石在日常生活中很常见并且是一种非常有用的材料，但六方金刚石也可能非常有用，”研究员刘志攀在 Phys.org 上告诉 Lisa Zyga。
“虽然陨石中可以找到六方钻石，但实验中尚未实现六方钻石大晶体的生产。因此，人们预计，如果生产出大六方钻石晶体，将会比立方钻石更珍贵。”
另一方面，一些研究人员认为越小越聪明，希望生产纳米级六角形钻石，认为它们比较大的晶体更坚固。
无论我们想要哪种钻石——无论是立方体还是六角形、大还是小——至少我们现在对它们的形成方式有了更好的了解。
这项研究发表在美国化学会杂志。
