石墨烯已为人们带来许多惊喜，但最近科学家在一次运用廉价原料的实验，意外制成一种新的碳同素异形体，这个新成员除了像钻石和石墨烯一样带有非凡的物理性能，更独特的，是它似乎带有纯碳家族首次见到的特殊性质：铁磁性。
11 月初举办的 ISCAN 2019 研讨会，麻州大学洛厄尔分校（UMass Lowell）物理学家 Joel Therrien 首次发表团队的发现。
这种新材料比不锈钢坚硬、具导电性、能和抛光铝比拟的反射性，最令人惊讶的似乎还具有铁磁性，在 125°C 温度下会表现得像永久磁铁，对纯碳家族来说，这还是首次见到。
研究人员目前只用这种材料制作薄膜，并用电子显微镜和 X 光光谱仪研究，尽管还有更多表征必须进行，但特性对未来轻型涂层、医疗产品和新型电子设备的研发都有十足潜力。
根据 Therrien 解释，这项新发现实际上是一次“五环石墨烯”（pentagraphene）合成失败后的意外产物。
这次尝试中，Therrien 就像使用 CVD 制程石墨烯那样，将催化剂（一片铜箔）放在 CVD 基座上并加热到 800°C，但不同的是，他在反应气体的选择稍做改变：不使用常见的碳氢化合物，而选择 2,2-二甲基丁烷（2,2-dimethylbutane）。
过去实验的经验让 Therrien 认为，这项选择能在过程中产生几何受挫（geometrical frustration），进而形成五环石墨烯。然而就像过去许多尝试，这项合成五环石墨烯的实验最终还是失败，但 Therrien 没料到的是，原子确实安定在不同的结构里。
2017 年 11 月，上完夜校课程返回实验室后，Therrien 第一次看到研究结果，他盯着覆盖在铜箔上像抛光金属的东西呆愣了半小时，试图理解究竟发生了什么事。
花费 2 年使用其他支链己烷进行进一步实验后，团队现在已能一次又一次可靠地产生 1 微米厚、数公分宽的薄膜物质，同时也对此种新材料的特性有些初步了解。
电磁性为新材料带来一系列在纯碳未见过的性能，其中之一是极高的硬度，在使用钢丝绒摩擦的测试中，表面并未受损，唯一能证实的是钻石会留下刮痕。而在抗拉强度，虽然团队还未实际测量，但从薄膜能以毫米大小的薄度保持在一起来看，Therrien 认为强度可能和某些金属一样坚固。
接着是镜面的外观，从研究小组的测量结果来看，即使只有 50 奈米厚，薄膜也能反射 90% 以上的入射光，波长范围从远紫外线到中红外线，这种特性使它成为有用的反射涂层，比起常见的铝更适用于照相机和望远镜的镜面。
电导率仅略低于不锈钢，但这也可展现了新材料的其他电子属性。透过缓慢加热至 1,000°C 并退火处理，薄膜的光泽变暗，并转变为类似非晶硅的带隙半导体，使之成为太阳能电池的候选材料。
团队还没确定要如何称呼这种神秘材料，研究合著者 Puru Jena 称为“U-carbon”，意即不寻常的碳，Therrien 则以历史上曾用来描述坚硬无比之物的“adamant”为启发，称为“adamantia”。
由于 adamantia 具发展潜力，在 Therrien 于 ISCAN 2019 发表后，许多研究者也同时表达了兴奋与谨慎的态度。
奈米碳管（CNT）发现者、日本物理学家饭岛澄男表示，目前的数据仍不足以说服他确实发现一种新的碳同素异形体，他希望团队能对大型样品进行 X 光晶体绕射分析（x-ray crystallography）来确定结构。
北京大学应用物理学家 Qian Wang 则指出，碳比锰、镍、铁等其他铁磁元素要轻上许多，同时也对人体无毒，一但研究出版并证实能被他人复制，肯定会引起很多兴趣。
“如果新材料可以具有磁性，对于制造生物感测器或药物传递载体来说可能非常有用”。
adamantia 仍有许多特性留待探索，但除此之外，Therrien 认为这项研究也展现了几何受挫的长期潜力，在他看来，这或许是合成碳和其他元素新型同素异形体的关键。
“即使它仅适用于碳，但可能存在成千上百种不同的同素异形体，也许可以使用这种方法打开更广阔的大门。”
- The next graphene? Shiny and magnetic, a new form of pure carbon dazzles with potential
（首图来源：shutterstock）
