Decompression-Induced Diamond Formation from Graphite Sheared under Pressure

钻石 石墨 材料科学 亚稳态 成核 剪切(地质) 剪应力 化学物理 复合材料 热力学 化学 有机化学 物理
作者
Jiajun Dong,Zhen Yao,Mingguang Yao,Rui Li,Kuo Hu,Luyao Zhu,Yan Wang,Huanhuan Sun,Bertil Sundqvist,Ke Yang,Bingbing Liu
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:124 (6) 被引量:49
标识
DOI:10.1103/physrevlett.124.065701
摘要

Graphite is known to transform into diamond under dynamic compression or under combined high pressure and high temperature, either by a concerted mechanism or by a nucleation mechanism. However, these mechanisms fail to explain the recently reported discovery of diamond formation during ambient temperature compression combined with shear stress. Here we report a new transition pathway for graphite to diamond under compression combined with shear, based on results from both theoretical simulations and advanced experiments. In contrast to the known model for thermally activated diamond formation under pressure, the shear-induced diamond formation takes place during the decompression process via structural transitions. At a high pressure with large shear, graphite transforms into ultrastrong $s{p}^{3}$ phases whose structures depend on the degree of shear stress. These metastable $s{p}^{3}$ phases transform into either diamond or graphite upon decompression. Our results explain several recent experimental observations of low-temperature diamond formation. They also emphasize the importance of shear stress for diamond formation, providing new insight into the graphite-diamond transformation mechanism.
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